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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CÂMPUS LONDRINA
CURSO SUPERIOR DE ENGENHARIA AMBIENTAL
PAULA FERNANDA ALMEIDA GONÇALVES
OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS
BIODEGRADÁVEIS OBTIDOS VIA EXTRUSÃO A PARTIR DE
PLA (ÁCIDO POLILÁTICO), AMIDO DE MANDIOCA, GLICEROL E
BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
LONDRINA
2013
PAULA FERNANDA ALMEIDA GONÇALVES
OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS
POLIMÉRICOS BIODEGRADÁVEIS OBTIDOS VIA EXTRUSÃO A
PARTIR DE PLA (ÁCIDO POLILÁTICO), AMIDO DE MANDIOCA,
GLICEROL E BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR
Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado como requisito parcial, para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Ambiental, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Câmpus Londrina.
Orientador: Prof. Dr. Fábio Cezar Ferreira
Co-orientador: Profa. Dra. Isabel Craveiro Moreira Colaboradora: Profa. Dra Suzana Mali de Oliveira
LONDRINA
2013
Ministério da Educação
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campus Londrina Coordenação de Engenharia Ambiental
TERMO DE APROVAÇÃO
Título da Monografia OBTENÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS POLIMÉRICOS
BIODEGRADÁVEIS OBTIDOS VIA EXTRUSÃO A PARTIR DE PLA (ÁCIDO POLILÁTICO), AMIDO DE MANDIOCA, GLICEROL E BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR
por
Paula Fernanda Almeida Gonçalves
Monografia apresentada no dia 15 de abril de 2013 ao Curso Superior de Engenharia Ambiental da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Câmpus Londrina. O candidato foi arguido pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora considerou o trabalho aprovado.
____________________________________ Prof. Dra. Elisângela Corradini
(UTFPR)
____________________________________ Prof. Dra. Isabel Craveiro Moreira
(UTFPR)
____________________________________ Profa. Dr. Fabio Cezar Ferreira
(UTFPR) Orientador
__________________________________ Profa. Dra. Ligia Flávia Antunes Batista
Responsável pelo TCC do Curso de Eng. Ambiental
A Folha de Aprovação assinada encontra-se na Coordenação do Curso.
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
PR
Dedico o presente trabalho à minha amada mãe, Dirce Almeida e seu
companheiro Assis dos Santos, e ao meu querido pai, Celso José Gonçalves e
sua esposa Emília Cirqueira, por todo o apoio emocional e financeiro oferecido
durante todo o período desta longa jornada acadêmica, desde o ensino
fundamental até a conclusão dessa etapa na minha vida.
À toda minha família amada, que me deu todo o suporte para conclusão
da graduação, em especial às minhas irmãs: Caroline, Brenda, Gyovanna, Bruna
e Rafaela, aos meus tios João Batista Cordeiro e Maria Eroni Cordeiro, sem os
quais nada teria sentido.
À memoria de Allan Nishioka e Paulo Sérgio Martins, que demonstraram
por meio de suas lutas para sobreviver, que, todo o momento é precioso e deve
ter seu valor devidamente reconhecido e aproveitado.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, por me conceder a maior dádiva: a vida.
E por toda força oferecida para vencer mais essa etapa da minha vida.
É com muita satisfação que agradeço a todos que se envolveram na
execução de mais essa etapa da minha formação acadêmica. Desde já, peço
desculpas se esquecer de algum nome que tenha contribuído na execução desse
trabalho, mas agradeço muito a todos pela colaboração.
Agradecimentos ao Prof. Dr. Fabio Cezar Ferreira pela confiança,
oportunidade e orientação deste trabalho.
Da mesma forma, agradeço carinhosamente à Profa. Dra. Isabel Craveiro
Moreira pela sua co-orientação neste trabalho, e por sua disposição neste tempo
em que desenvolvemos este. E ainda, agradeço muito a Profa. Dra. Suzana Mali
de Oliveira pela colaboração e por toda contribuição na execução do presente
trabalho.
A todos os técnicos(as) de laboratórios, tanto da Universidade Estadual
do Paraná, como da UTFPR, pela disponibilidade que demonstraram em me
ensinar, ajudar e executar as etapas deste trabalho.
Ao Prof. Dr. Cláudio Takeo Ueno, a Prof. Dra. Patrícia Carneiro Lobo
Faria, a Prof. Dra. Lúcia Felicidade Dias, ao Prof. Dr. Fabiano Moreno Peres, ao
Prof. Msc Bruno de Oliveira Freitas, à Prof. Dra. Elisangela Corradini, à Prof. Dra.
Lígia Flávia Antunes Batista, pelas observações pertinentes e todos os
esclarecimentos de dúvidas que tive enquanto executava este trabalho. À Prof.
Dra. Gizilene Maria de Carvalho pelos espectros de infravermelho. Em especial, à
Dra. Tatiane Cristina Dal Bosco, que sempre esteve disposta a me ajudar,
aconselhar e orientar em todos os meus passos profissionais e pessoais.
Agradeço também a todos os professores da graduação que em algum
momento colaboraram, de forma direta ou indireta, no desenvolvimento e
execução do projeto e deste trabalho final de conclusão de curso, e, em especial
à banca examinadora, pela contribuição na avaliação deste trabalho.
Agradeço a minha família, que mesmo distante, sempre me apoiou e me
manteve firme nos momentos difíceis dessa etapa da minha vida.
Sou grata também a todos os meus queridos amigos, que de alguma
forma estiveram envolvidos na execução do presente trabalho, e, além disso, que
compartilharam comigo vários momentos especiais nesse período acadêmico,
tanto dentro como fora da Universidade, sempre me mantendo firme e segura
para conseguir terminar a graduação de maneira honrosa. Dessa forma, é com
muito carinho que agradeço, em especial, todos os momentos compartilhados
durante todo o curso à: Alisson Boeing, Ana Carolina Jacobs, Arthur Rojo, Bruna
Fávaro, Carolina Arfelli, Daniel Moco, Edson Massi, Felipe Nunes, Fernanda
Mangili, Gabriel Barca, Isabela Machado, Lívia Buono, Lívia Deliberador, Marcela
Arfelli, Mariana Sbizzarro, Mônica Bertachi, Nariane Bernardo, Noelle Salsa,
Newmar Vernilo, Rafael Ciciliato, Vitor Alvares, Vitor Galdino, Vinícius Sichieri e
Tais Albertoni. Sendo que cada pessoa marcou, compartilhou e esteve ao meu
lado em diferentes momentos, seja de tristeza e de desafios, como de alegria e
felicidade. Muito obrigada pela paciência, amizade, carinho, compreensão e toda
ajuda oferecida durante essa longa jornada acadêmica, que foi muito especial em
minha vida. E mesmo sabendo que a distância irá separar-me de várias pessoas,
o sentimento que ficou marcado jamais será apagado.
Gostaria de agradecer também a todos os amigos que fiz durante a
execução do meu Estágio Curricular Obrigatório, realizado na EMBRAPA SOJA
(Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária), agradeço, dessa forma, a todos
os funcionários da empresa que contribuíram com a execução das atividades que
acrescentaram na minha formação profissional e pessoal. E ainda, em especial,
torno público o meu sentimento de gratidão: ao meu supervisor direto Sr. Cláudio
Briganó e também ao Moisés de Aquino, ao Igor Ayroza, à Maurícia Arruda, ao
Marcos Oliveira, ao “Marcão”, ao João Roberto, à Tamyres Degan e ao Tony
Degan, à Flávia Gonçalves, ao Bruno Teruo, à Kelly, ao Emídio, ao Reinaldo
Campos, Cristina, Guilherme, Ingrid, Camila, que não somente colaboraram com
o trabalho desenvolvido na empresa, mas que, além disso, me ampararam em
momentos de dificuldade durante o período do estágio juntamente com a
graduação.
Por fim, agradeço a todos pela colaboração direta ou indiretamente na
conclusão de mais esta etapa dessa longa jornada acadêmica.
Muito obrigada!
“The earth has enough for all our needs, but only enough.”
(GANDHI, Maratma).
“A Terra tem o suficiente para todas as nossas
necessidades, mas somente o necessário.” (GANDHI,
Maratma).
GONÇALVES, Paula Fernanda Almeida. Obtenção e caracterização de compósitos poliméricos biodegradáveis obtidos via extrusão a partir de PLA (ácido polilático), amido de mandioca, glicerol e bagaço de cana-de-açúcar. 2013. 83 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Ambiental). – Curso de Engenharia Ambiental, Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Londrina, 2013.
RESUMO
Há tempos é percebida a importância dos materias poliméricos no cotidiano das sociedades, uma vez que esses possuem diversas aplicações. Porém, pode-se afirmar que a grande maioria desses materiais são transformações de material plástico originários do petróleo. Além da utilização e do esgotamento de recursos naturais (petróleo), a maior preocupação relacionada a esses materiais consiste na destinação e disposição final desses materiais. De frente a tal problemática pode-se citar o estudo e desenvolvimento de novos materiais poliméricos biodegradáveis, como uma proposta para minimizar impactos e passivos ambientais. Portanto, este trabalho teve como objetivo a obtenção de compósitos poliméricos biodegradáveis via extrusão, produzidos por diferentes formulações de PLA (ácido polilático), amido de mandioca, bagaço de cana-de-açúcar (resíduo lignocelulósico) e glicerol, assim como a caracterização das suas propriedades físico-químicas e biodegradáveis. Os compósitos foram preparados com uma extrusora de laboratório e foram utilizadas quantidades variáveis de fibras e amido e quantidades fixas de glicerol e PLA, que resultou em 3 tipos de formulações (FC, F1 e F2). Os resultados indicaram que: (i) foi possível preparar compósitos tanto de amido de mandioca como com fibras provenientes do bagaço de cana-de-açúcar; (ii) espectros de FT-IR mostraram as estruturas das formulações após a incorporação do amido de mandioca, bagaço de cana-de-açúcar e glicerol; (iii) a densidade média de FC foi de 0,0148, F1 de 0,0175 e F2 0,0130 g/cm³. Somente o FC apresentou um coeficiente de variação maior que 10%, representando uma média dispersão de boa precisão, sendo que F1 e F2 apresentaram CV menor que 10%, onde o valor do erro é mínimo; (iv) a Formulação F2 apresentou a maior capacidade de absorção de água em todos os intervalos de tempo quando comparada às outras amostras (FC e F1); (v) o teste de biodegradabilidade apesar de sido simples e rápido (14 dias) apresentou resultados de perda de massa e a análise visual dos compósitos mostrou que todas as formulações apresentaram sinais de degradação com sua estrutura mais finas e quebradiças, mas a Formulação F2 foi a que apresentou mais pontos ou regiões de fragmentação e sinais de biodegradação, as amostras preparadas de PLA não apresentaram alterações. Este estudo mostrou-se importante, pois foi possível obter um material biodegradável, com adequadas e excelente taxa de biodegradação, além de ser composto de resíduo industrial de baixo valor agregado. Palavras-chave: Polímeros biodegradáveis. PLA (ácido polilático). Bagaço de cana-de-açúcar. Amido. Glicerol. Extrusão.
GONÇALVES, Paula Fernanda Almeida. Obtainment and characterization of biodegradable polymer composites obtained by extrusion from PLA (polylactic acid), cassava starch, glycerol and sugar cane bagasse. 2013. 83 f. Course Conclusion work (Bachelor of Environmental Engineering). - Environmental Engineering Graduation, Federal Technological University of Parana (UTFPR). Londrina, 2013.
ABSTRACT
For a long time is perceived the importance of polymeric materials in the society daily life, once they have several applications. However, we can say that the vast majority of these materials are plastic material transformations originated from oil. In addition to the use and depletion of natural resources (oil), the greatest concern related to these materials is the destination and disposal of these materials. Facing such a problem it can be cited the study and development of new biodegradable polymeric materials, such as a proposal to minimize environmental impacts. Therefore, this work had as objective to obtain of biodegradable polymeric composites through extrusion, produced by different formulations of PLA (polylactic acid), cassava starch, sugar cane bagasse (lignocellulosic residue) and glycerol, as well as the characterization of their physico-chemical and biodegradable properties. The composites were prepared with a laboratory extruder and used varying amounts of starch and fiber and fixed amounts of glycerol and PLA, which resulted in 3 types of formulations (FC, F1 and F2). The results indicated that: (i) it was possible to prepare both composites of cassava starch as well as with fibres from sugar cane bagasse; (ii) FT-IR spectra showed the structures of the formulations after incorporation cassava starch, bagasse of sugar cane and glycerol; (iii) the average density of FC was 0.0148, F1 and F2 0.0130 0.0175. Only the FC has a coefficient of variation greater than 10 per cent, representing an average dispersion of good accuracy, and F1 and F2 presented CV less than 10 per cent, where the value of the error is minimal; (iv) The F2 formula presented the highest water absorption capacity at all intervals when compared to the other samples (FC and F1); (v) the biodegradability test, despite being simple and fast (14 days), presented results of mass loss and the visual analysis of composites showed that all the formulations showed signs of degradation based on their thinner and brittle structure, but the formulation was presented the F2 more points or regions of fragmentation and signs of biodegradation, the prepared specimens of PLA showed no changes. This study was important because it was possible to obtain a biodegradable material, with adequate and excellent biodegradation rate, in addition to being composed of industrial waste of low added value.
Keywords: Biodegradable polymers. PLA (Polylactic Acid). Sugar cane bagasse. Starch. Glycerol. Extrusion.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Reação de polimerização sintetizada......................................... 21 Figura 2 - Segmentação do Mercado de Transformados Plásticos Por
Aplicação / 2010..........................................................................
22 Figura 3 - Estrutura química do PLA............................................................ 26 Figura 4 - Processo de produção de PLA.................................................... 27 Figura 5 - Estereoisômeros do ácido lático.................................................. 27 Figura 6 - Cadeia de celulose....................................................................... 29 Figura 7 - A celulose..................................................................................... 29 Figura 8 - Estrutura química da amilose (a) e amilopectina (b).................... 30 Figura 9 - Estrutura química do glicerol........................................................ 32 Figura 10 - Coleta do resíduo industrial......................................................... 34
Figura 11 - PLA resin REVODE 201.............................................................. 35
Figura 12 - Bagaço de cana-de-açúcar seco................................................. 36 Figura 13 - Corte manual do bagaço de cana-de-açúcar seco...................... 37
Figura 14 - Bagaço de cana-de-açúcar seco cortado.................................... 37
Figura 15 - Moinho de facas do tipo “Thomas Wiley” – à esquerda e o processo de trituração do bagaço de cana-de-açúcar - à direita...........................................................................................
38 Figura 16 - Bagaço de cana-de-açúcar triturado............................................ 38 Figura 17 - Bagaço de cana-de-açúcar peneirado......................................... 39 Figura 18
- Fluxograma detalhado do processo de preparação do bagaço de cana-de-açúcar para extrusão................................................
39
Figura 19 - Pesagem em balança analítica do bagaço de cana-de-açúcar..........................................................................................
40
Figura 20 - Bagaço de cana-de-açúcar em dessecador................................ 40 Figura 21 - Preparação da Formulação FC................................................... 42 Figura 22 - Extrusora dupla-rosca de laboratório........................................ 43 Figura 23 - Extrusão dos compósitos.......................................... 43 Figura 24 - Preparação das amostras para determinação da CAA dos
compósitos produzidos................................................................
45 Figura 25 - Imersão das amostras em água destilada................................... 45 Figura 26 - Preparação dos compósitos para análise de
biodegradabilidade.......................................................................
46 Figura 27 - Inserção dos compósitos em leira de compostagem................... 48 Figura 28 - PLA puro, Formulação FC, F1 e F2............................................. 50 Figura 29 - Preparação das amostras para determinação da CAA dos
compósitos produzidos................................................................
45 Figura 30 - Análise da biodegradabilidade dos
compósitos após 4 dias................................................................
60 Figura 31 - Análise visual da biodegradabilidade do da Formulação F2
após 4 dias...................................................................................
61 Figura 32 - Análise visual da biodegradabilidade das Formulações FC, F1
e F2 após 14 dias
62
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Espectro de FT-IR do PLA (ácido polilático)........................... 51 Gráfico 2 - Espectro de FT-IR da Formulação FC.................................... 52 Gráfico 3 - Espectro de FT-IR da Formulação F1.................................... 53 Gráfico 4 - Espectro de FT-IR da Formulação F2.................................... 54 Gráfico 5 - Comparação entre os espectros de FT-IR do PLA e das
Formulações FC, F1 e F2......................................................
54
Gráfico 6 - Análise de variância da densidade das Formulações FC, F1 e F2.........................................................................................
57
Gráfico 7 - Capacidade de Absorção de água (CAA) das Formulações FC, F1 e F2............................................................................
59
Gráfico 8 - Análise de variância da análise de biodegradabilidade das médias das perdas de massa das Formulações FC, F1 e F2............................................................................................
64
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Resultados da capacidade de absorção de água (CAA) das amostras, em diferentes tempos (1, 5, 10, 15, 20, 25 e 30 min).................................................................................
58 Quadro 2 - Cronograma das atividades desenvolvidas no TCC 1 e 2... 69
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Propriedades químicas do bagaço de cana-de-açúcar....... 29 Tabela 2 - Propriedades do PLA........................................................... 35 Tabela 3 - Formulações dos compósitos poliméricos........................... 41 Tabela 4 - Dimensões das amostras utilizadas para determinação de
absorção de água nos compósitos produzidos............................................................................
44
Tabela 5 - Dimensões das amostras FC, F1 e F2 para análise de densidade.............................................................................
46
Tabela 6 - Dimensões das amostras FC, F1 e F2 para análise de biodegradabilidade...............................................................
47
Tabela 7 - Massa das amostras FC, F1, F2 e PLA para análise de biodegradabilidade...............................................................
47
Tabela 8 - Teor de umidade do bagaço de cana-de-açúcar................................................................................... 49
Tabela 9 - Análise estatística do teor de umidade das amostras............................................................................... 49
Tabela 10 - Massa das Formulações FC, F1 e F2.................................. 55 Tabela 11 - Análise estatística das massas das Formulações FC, F1 e
F2......................................................................................... 55 Tabela 12 - Densidade obtida das amostras........................................... 56 Tabela 13 - Análise estatística da densidade das
amostras............................................................................... 56 Tabela 14 - Resultados da análise de variância referente aos valores
da CAA das Formulações FC, F1 e F2 nos diferentes tempos..................................................................................
60
Tabela 15 - Teste de Tukey para comparação da CAA das Formulações FC, F1 e F2 nos diferentes tempos..................................................................................
60
Tabela 16 - Massa das amostras FC, F1, F2 e PLA após 14 dias da análise de biodegradabilidade............................................ 62
Tabela 17 - Perda de massa das amostras FC, F1, F2 e PLA após 14 dias da análise de biodegradabilidade................................ 62
Tabela 18 - Análise estatística da perda de massa das amostras FC, F1, F2 e PLA após 14 dias da análise de biodegradabilidade...............................................................
63
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................. 15 1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO ................................................................................ 15 1.2 OBJETIVOS GERAIS ................................................................................... 17 1.2.1 Objetivos Específicos ................................................................................. 17 1.3 JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA DA PESQUISA ........................................ 18 2 REFERENCIAL TEÓRICO ........................................................................... 20 2.1 POLÍMEROS ................................................................................................ 20 2.2 MATERIAIS/PRODUTOS POLIMÉRICOS ................................................... 22 2.2.1 Polímeros Sintéticos ................................................................................... 23 2.2.2 Polímeros Biodegradáveis .......................................................................... 24 2.3 ÁCIDO POLILÁTICO OU POLIACTATO – PLA ............................................ 25 2.4 BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR ............................................................... 28 2.5 AMIDO .......................................................................................................... 30 2.6 GLICEROL .................................................................................................... 31 2.7 PRINCIPAIS APLICAÇÕES DOS COMPÓSITOS BIOPOLIMÉRICOS ........ 33 3 MATERIAS E MÉTODOS ............................................................................. 34 3.1 MATERIAIS .................................................................................................. 34 3.2 MÉTODOS .................................................................................................... 36 3.2.1 Preparo do Bagaço de Cana-de-açúcar para Extrusão .............................. 36 3.2.2 Caracterização do Bagaço de Cana-de-açúcar .......................................... 40 3.2.2.1 Determinação do teor de umidade .......................................................... 40 3.2.3 Formulação e Preparação dos Compósitos ............................................... 41 3.2.4 Processo de Extrusão para Obtenção dos Compósitos..............................42 3.2.5 Caracterização dos Compósitos Produzidos .............................................. 44 3.2.5.1 Espectroscopia na região do infravermelho (FT-IR) ................................ 44 3.2.5.2 Determinação da capacidade de absorção de água (CAA) ..................... 44 3.2.5.3 Densidade ............................................................................................... 45 3.2.5.4 Análise da biodegradabilidade ................................................................ 45 3.2.6 Análises Estatísticas dos Dados Obtidos ................................................... 48 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................. 49 4.1 CARACTERIZAÇÃO DO BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR ....................... 49 4.1.1 Determinação do Teor de Umidade ........................................................... 40 4.2 FORMULAÇÃO DOS COMPÓSITOS........................................................... 50 4.3 CARACTERIZAÇÃO DOS COMPÓSITOS ................................................... 51 4.3.1 Espectroscopia na Região do Infravermelho (FT-IR) ................................. 51 4.3.1.1 FT-IR do PLA (ácido polilático) ................................................................ 51 4.3.1.2 FT-IR da Formulação (FC) ...................................................................... 52 4.3.1.3 FT-IR das Formulações F1 e F2 ............................................................. 53 4.3.2 Densidade .................................................................................................. 55 4.3.3 Determicação da Capacidade de Absorção de Água (CAA) ...................... 57 4.3.4 Avaliação da Biodegradabilidade dos Compósitos ..................................... 60 5 CONCLUSÃO ............................................................................................... 65 6 POSSÍVEIS FUTUROS TRABALHOS ......................................................... 67 7 CRONOGRAMA ........................................................................................... 68 7.1 ETAPAS ........................................................................................................ 69 7.1.1 1ª Etapa ...................................................................................................... 69
7.1.2 2ª Etapa ...................................................................................................... 70 7.1.3 3ª Etapa ...................................................................................................... 70 REFERÊNCIAS ................................................................................................... 71 APÊNDICES ....................................................................................................... 78
15
1 INTRODUÇÃO
Nesse capítulo são abordados os seguintes temas: (i) contextualização, (ii)
objetivos gerais e específicos, (iii) justificativa e relevância da pesquisa; e (iv)
estrutura do trabalho.
1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO
Desde os primórdios, é percebida a importância dos materias poliméricos no
cotidiano das sociedades, uma vez que esses possuem diversas aplicações, como
por exemplo, em utensílios domésticos, embalagens, biomateriais, peças e
equipamentos automotivos, construção civil, entre outras (ROSA et al., 2000;
CANEVAROLO, 2002; SILVA et al., 2003; PIATTI et al., 2005). Porém, pode-se
afirmar que a grande maioria desses materiais são transformações de material
plástico originários do petróleo, devido às suas características, sendo utilizado em
praticamente todas as atividades econômicas e cotidianas (SINDIPLAST, 2011).
Nas últimas décadas é notório que o crescente aumento da urbanização, em
escala global, tem levado a um aumento na geração de resíduos, o qual hoje
representa um dos maiores impactos causado ao meio ambiente (KUMAR, 2010
apud BRITO, 2011). Dentro deste contexto, pode-se destacar a evolução no
descarte de materiais plásticos no Brasil e no mundo, originários de fontes não
renováveis e não biodegradáveis (CARR, 2007). Pesquisas realizadas apontam que
20% da composição da coleta seletiva de 443 municípios brasileiros são plásticos
(CEMPRE, 2010). Segundo o SINDPLAST (2011) tem-se que: “o consumo anual
médio per capita de plásticos no Brasil é de cerca de 30 kg/habitante e a tendência é
que esse indicador aumente”. Esse consumo pode chegar a 100 kg/habitante nos
países mais desenvolvidos. O consumo brasileiro de plásticos gira em torno de 6,2
milhões de toneladas e cresce cerca de 5% ao ano (SINDIPLAST, 2011).
A maior preocupação relacionada a esses materiais consiste na destinação
e disposição final desses materiais. Portanto, há tempos vem se desenvolvendo
novas tecnologias para o tratamento desses resíduos, sendo que as soluções mais
16
utilizadas são o aterramento, incineração, reciclagem ou compostagem
(DASKALAPOULAS et al., 1997 apud CALVÃO, 2009).
De frente a tal problemática pode-se citar o estudo e desenvolvimento de
novos materiais poliméricos biodegradáveis, provenientes de fontes renováveis,
como uma proposta para minimizar impactos e passivos ambientais. A produção
desses materiais ecologicamente e ambientalmente corretos pode ser enxergada
como contribuinte para o desenvolvimento sustentável (BRITO, 2011). Sendo que tal
desenvolvimento citado pela Comissão Mundial do Meio Ambiente e
Desenvolvimento (World Commissionon Enviromnment and Develpment – WCED) é
aquele que atende as necessidades da geração atual sem comprometer as
necessidades das futuras gerações, sendo designado como o desenvolvimento que
não esgota os recursos para o futuro (VARGAS, 2000; BLANCO, 2008; CALVÃO,
2009; KARAKOSTA, 2010 apud BRITO, 2011).
Segundo George (2001) apud Razera (2006),
A conscientização com relação a questões relacionadas ao impacto ambiental e desenvolvimento sustentável tem levado a renovação no interesse em materiais provenientes de fontes naturais, aumentando a introdução de novas matérias-primas e produtos (GEORGE, 2001 apud RAZERA, p.1).
Deste modo, pesquisas vêm sendo desenvolvidas em busca de polímeros
biodegradáveis que atendam as propriedades dos polímeros convencionais
sintéticos (principalmente em relação à resistência).
Um polímero biodegradável que tem sido bastante estudado nas últimas
décadas é o PLA (ácido polilático) (WANG et al., 2008), o qual possui propriedades
bastante semelhantes aos demais polímeros derivados do petróleo, tal como o
polipropileno. Porém, o custo de produção desse polímero é ainda bastante alto se
comparado aos demais polímeros sintéticos. De acordo com Pelicano et al. (2009),
“quando comparado ao polímero convencional, o alto custo na produção de
polímeros biodegradáveis dificulta muito o seu emprego para a maioria das
indústrias”.
Portanto, existem estudos referentes à adição de amido e também de fibras
de celulose em misturas poliméricas (blendas) que visam melhorar a
biodegradabilidade dos compósitos à base de PLA, bem como reduzir custos da
produção desses biopolímeros (SHIN et al., 2006; YU et al., 2006; WANG et al.,
17
2008; VERCELHEZE et al., 2012; GARCÍA et al., 2012; MARAIS et al., 2012).
Essas pesquisas buscam avaliar as características e propriedades dos compósitos
produzidos.
1.2 OBEJTIVO GERAL
Esse trabalho teve como objetivo geral a obtenção de compósitos
poliméricos biodegradáveis via extrusão, produzidos por diferentes formulações de
PLA (ácido polilático), amido de mandioca, bagaço de cana-de-açúcar (resíduo
lignocelulósico) e glicerol, assim como a caracterização das suas propriedades
físico-químicas e biodegradáveis.
1.2.1 Objetivos Específicos
Preparar o bagaço de cana-de-açúcar para viabilizar o processo de
extrusão;
Caracterizar o bagaço de cana-de-açúcar, quanto ao seu teor de
umidade;
Desenvolver misturas poliméricas em diferentes formulações com as
matérias-primas: PLA (ácido polilático), amido de mandioca, bagaço de cana-de-
açúcar (resíduo lignocelulósico) e glicerol;
Caracterizar as propriedades: físico-químicas e biodegradáveis dos
compósitos produzidos;
Analisar estatisticamente as amostras, referentes às diferentes
formulações, a fim de avaliar qual apresenta melhores propriedades.
18
1.3 JUSTIFICATIVA E RELEVÂNCIA DA PESQUISA
Tendo em vista as mudanças globais atuais - referentes à preservação e
conservação do meio ambiente - como, por exemplo, o aumento significativo da
população mundial no decorrer dos anos, assim como o avanço urbano, o qual
representa uma das causas do aumento na geração de resíduos sólidos (CHUNG,
1998; CARR, 2007). Esses resíduos em sua maioria são de origem polimérica
(produtos plásticos), deste modo é notória a necessidade que novas tecnologias de
produção mais limpa e de prevenção à poluição sejam desenvolvidas, visando à
minimização de impactos ambientais, bem como a redução do uso dos recursos
naturais não renováveis (MELLO, 2002; CNTL, 2003; RENSI e SCHENINI, 2006).
Pode-se considerar que um dos maiores problemas ambientais atuais
consiste na desenfreada produção de resíduos sólidos por parte das atividades
antrópica, portanto é de extrema importância a busca por alternativas e soluções
que causem um menor impacto ambiental. Portanto neste contexto, o
desenvolvimento de produtos biodegradáveis, não tóxicos, de destinação final mais
simplificada, designados como material ecologicamente ou ambientalmente correto
pode ser considerado uma alternativa para minimizar a geração de resíduos
(NARAYAN, 1994; CAGLIARI, 2003).
Deste modo mostra-se evidente a relevância do presente estudo, pois a
produção e caracterização de novos compósitos biodegradáveis visa contribuir para
o desenvolvimento sustentável de novos produtos, tendo como consequência a
minimização de impactos ambientais e de utilização de recursos naturais a partir da
parcial ou total substituição de produtos sintéticos de origem não renovável por
produtos originários de recursos renováveis (ROSA et al., 2001).
De acordo com Konnig (1993) apud Almeida (2012):
O interesse em polímeros biodegradáveis tem crescido muito nos últimos anos em nível mundial. Apesar disso, o alto custo de produção dos biodegradáveis em comparação aos plásticos convencionais ainda tem se constituído num problema para ser resolvido (KONNIG, 1993 apud ALMEIDA, 2012).
Vale ressaltar que neste trabalho será utilizado resíduo de bagaço de cana-
de-açúcar e amido de mandioca como aditivo para a mistura polimérica, sendo que o
19
primeiro mostra-se de extrema importância no âmbito ambiental, pois no Brasil e no
mundo a produção no setor sucroalcooleiro mostra-se ampla e essa atividade
produz um grande volume de resíduo, o qual neste trabalho será reaproveitado,
contribuindo na minimização do passivo ambiental; e o segundo é incorporado,
assim como o bagaço de cana-de-açúcar para reduzir custos de produção de PLA.
Por fim, outro ponto importante dessa pesquisa é a utilização de um método
de produção de materiais semelhante ao utilizado pelas indústrias de polímeros
sintéticos convencionais (plásticos), a extrusão. Segundo a SINDPLAST (2011) o
processo de extrusão: “é o mais importante processo de transformação de
plásticos”. Assim, é relevante destacar que as técnicas utilizadas no processo
produtivo do material biodegradável do presente trabalho são importantes para
possíveis aplicações e desenvolvimento de materiais no âmbito industrial.
20
2 REFERENCIAL TEÓRICO
Nesse capítulo é apresentada uma breve revisão dos conceitos aplicáveis ao
estudo dos materiais poliméricos. Uma vez que o objetivo do presente trabalho é a
obtenção de um produto polimérico ecologicamente correto, serão apresentados os
aspectos importantes para a formulação de polímeros biodegradáveis, bem como os
subsídios relevantes para a obtenção desse material.
Deste modo, o enfoque dessa pesquisa será dado ao biopolímero PLA
(ácido polilático), ao resíduo de bagaço de cana-de-açúcar, ao amido de mandioca e
ao glicerol.
2.1 POLÍMEROS
Polímeros é um termo de origem grega que tem como significado: poli
(muitos) e meros (partes), portanto pode-se dizer que são compostos químicos
constituídos de muitas partes, e consequentemente suas massas moleculares são
elevadas. (REIS, 2010; SILVA et al., 2003; PIATTI et al., 2005; PAOLLI, 2008).
Sendo assim, esses compostos são estruturas macromoleculares procedentes,
muitas vezes, por ligações covalentes, ou interações intermoleculares ou
intramoleculares entre várias moléculas (monômeros) (CANEVAROLO, 2002; MANO
et al., 1999). Reis (2010) ressalta que: “todo polímero é uma macromolécula, porém
nem toda macromolécula é um polímero”.
De acordo com Lopes (2007) os polímeros fazem parte do cotidiano do
homem desde o período antes de cristo, porém o que se encontrava e acreditava na
época que tais materiais eram todos de origem natural, como por exemplo, os
polissacarídeos, as proteínas, a celulose, entre outros. Somente a partir do início do
século XX que o estudo dos polímeros foi realmente consolidado e os materias
macromoleculares passaram a ser não somente de origem natural, mas também
sintetizados pelo processo de polimerização (Figura 1), o qual foi instituído pelo
químico alemão Hermann Staudinger (1851- 1963), sendo este ainda o responsável
21
pela formulação da tese que existem macromoléculas (HAGE, 1998; WAN, 2001;
LOPES, 2007).
Segundo Carr (2007) os polímeros são sintetizados por meio de reações de
polimerização a partir de reagentes monoméricos. Essas reações são classificadas
em: radicular, catiônica, aniônica, por catálise e por reação de condensação
(PAOLLI, 2008). A reação de ligação dos monômeros pode ocorrer de duas formas
principais sendo por adição ou por condensação (SILVA, 2003).
Figura 1 – Reação de Polimerização sintetizada. Fonte: Autoria Própria.
Os polímeros podem ser classificados quanto à constituição química dos
meros, os quais podem ser: homopolímeros ou copolímeros, no qual o primeiro é
originário de apenas um tipo de mero, o segundo é derivado de diferentes tipos de
meros. (SILVA e SILVA, 2003; SILVA, 2009; SINDIPLAST, 2011). Os polímeros que
contem massa molecular muito elevada são nomeados altos polímeros, enquanto os
de baixa massa molecular são designados do grego oligômeros (poucas partes).
(UFMG, 2005 apud CARR, 2007).
São também classificados quanto à origem do polímero, a qual pode ser
natural ou sintética. Entre os polímeros mais conhecidos e utilizados estão, segundo
SILVA (2003):
Naturais: borracha natural (cis-poliisopreno), a celulose, as proteínas, o
amido.
Sintéticos: polietileno, polipropileno, PET, entre outros.
Muitos polímeros são usualmente e mundialmente, conhecidos como
plásticos, porém não se pode afirmar que são todos, pois existem polímeros
constituídos nas estruturas corporais humanas, animais e vegetais, sendo que
podem ser materiais originalmente orgânicos ou sintéticos (WAN, 2001).
22
A partir da descoberta da reação de formação dos polímeros foram
desencadeados desenvolvimentos, estudos, caracterizações e produções de novos
materiais poliméricos (Figura 2).
Figura 2 - Segmentação do Mercado de Transformados Plásticos Por Aplicação / 2010. Fonte: Anuário Indústria Química ABIQUIM (2010) apud ABIPLAST (2010).
2.2 MATERIAIS/PRODUTOS POLIMÉRICOS
Primeiramente faz-se necessário a conceituação do termo degradação e
biodegradação ou biodegradabilidade de materiais poliméricos.
Segundo Paolli (2008), degradação é:
“Qualquer reação química que altera a qualidade de interesse de um material polimérico ou de um composto polimérico. Como “qualidade de interesse” entende-se a característica inerente ao uso de um determinado artefato polimérico. Podem ser considerados, por exemplo, a flexibilidade, a resistência elétrica, o aspecto visual, a resistência mecânica, a dureza, etc.” (PAOLLI, 2008).
23
O Conselho Integrado de Gerenciamento do Lixo (2007) define a
biodegradabilidade como um processo no qual todos os fragmentos de materiais são
consumidos por microrganismos como fonte de alimento (nutrientes) e de energia. O
processo de fragmentação biológica de materiais ocorre por meio da ação de
bactérias, fungos e/ou algas (PAOLLI, 2008; CALVÃO, 2009).
Segundo a NBR 15448-1 apud SINDIPLAST, 2011: “a biodegradação é a
degradação causada por atividade biológica de ocorrência natural, por ação
enzimática”.
Ao contrário dos materiais biodegradáveis, existem os resistentes ao método
biológico de degradação, conhecidos como não biodegradáveis (sintéticos), os quais
demoram longos períodos de tempo (10 a 100 anos) para serem degradados
abioticamente. Contudo, atualmente, esses tipos de materiais são mais comumente
encontrados no mercado.
Por conseguinte podemos entender melhor os produtos comerciais
poliméricos encontrados atualmente.
2.2.1 Polímeros Sintéticos
A maior parte de produtos poliméricos comercialmente encontrados hoje são
sintéticos, sendo que na maioria das vezes são derivados de fontes não renováveis,
como o petróleo. A utilização dessa fonte é explicada pelas suas excelentes
propriedades mecânicas e térmicas juntamente com a sua grande versatilidade
(CALABRIA, 2010).
Segundo Almeida (2012) os polímeros sintéticos podem ser considerados
como uma inovação tecnológica, popularmente conhecidos como plásticos, devido
as propriedades, como: resistência química e mecânica, leveza e por serem
utilizados em diversas aplicações como, por exemplo, em embalagens, próteses,
peças automotivas, tintas, entre outras milhares. Esses polímeros são encontrados
hoje em quase todos os produtos comerciais (WAN, 2001).
Em termos gerais, esses tipos de polímeros são geralmente hidrocarbonetos,
portanto as ligações químicas encontradas apresentam apenas átomos de carbono
24
e hidrogênio, podendo possuir ramificações ou não (linear). Esse tipo de ligação
química nos materiais oferece resistência à degradação, pois são mais difíceis de
serem quebradas (CARR, 2007).
2.1.2 Polímeros Biodegradáveis
Os polímeros biodegradáveis são materiais degradáveis por meio da ação
de microrganismos (algas, bactérias, fungos) em um curto período de tempo (média
um ano, dependendo das características do polímero) (SILVA, 2003). Os
microrganismos utilizam os polímeros fragmentados por eles como fonte de alimento
e energia.
Cabe ainda ressaltar que o processo de biodegradação gera como produto
da decomposição desses materiais: água, CO2 (Dióxido de Carbono), outras fontes
de biomassa. (ZHANG, 2000 apud CALABRIA, 2010). Assim nota-se segundo o
Conselho Integrado de Gerenciamento do Lixo (2007) que a decomposição dos
“polímeros biologicamente degradáveis devem se comportar como outros materiais
orgânicos no solo, como por exemplo, folhas e gravetos, sem deixar quaisquer
partículas ou resíduos que possam prejudicar o solo”.
A estrutura molecular desses polímeros biodegradáveis, formados por
átomos de oxigênio, nitrogênio, carbono e hidrogênio oferece maior facilidade de
ação dos microrganismos no processo degradativo se comparada aos polímeros
constituídos por ligações mais fortes de carbono (CALVÃO, 2009).
Os polímeros biodegradáveis podem ser obtidos por meio de fontes
renováveis podendo ser naturais ou sintéticos segundo Silva (2003):
Naturais: são biopolímeros sintetizados pelos microrganismos e/ou
plantas. Ex: P[3HB] (Poli(hidroxibutirato)); amido de milho, trigo, mandioca, batata;
óleos de semente de linhaça; fibras lignocelulósicas, etc.
Sintéticos: são biopolímeros sintetizados por processos industriais,
obtidos através da fermentação de monômeros naturais, como por exemplo, ácido
polilático (PLA), polihidroxialcanoato (PHA) e polihidroxibutirato (PHB).
25
Existem diversos fatores que influenciam nos processos de decomposição
biológica dos biopolímeros, bem como condições adequadas. Como citado, por
exemplo, alguns fatores relevantes, por Stevens (2002) apud Calvão (2009):
Forma de descarte (aterros, leiras de compostagem, por exemplo);
Presença ou não de microrganismos específicos;
Geração de enzimas apropriadas para a decomposição de polímeros
específicos;
Temperatura e pH;
Degradação aeróbia;
Nutrientes presentes, etc.
Deste modo, há décadas vêm sendo estudado o desenvolvimento de novos
materiais biodegradáveis, porém é notória a inviabilidade da produção, em larga
escala, de tais polímeros por indústrias, devido ao seu alto custo quando comparado
com os polímeros sintéticos convencionais (ROSA et al., 2001). Por tal motivo,
pesquisas vêm sendo desenvolvidas a fim de minimizar custos de produção de
materiais biopoliméricos, como por exemplo, a utilização de fibras de celulose e de
amido como aditivos naturais em diferentes formulações de produtos biodegradáveis
(BARHAM, 1984; STEVENS, 1999; GOGOLEWSKI, 1993 apud ROSA et al., 2001).
De acordo com Pelicano et al. (2009) o mercado mundial de polímeros
biodegradáveis teve um crescimento de 18.400 toneladas em 2006 para 24.350
toneladas em 2007 e tem-se a estimativa que essa produção chegue em 54.000
toneladas até 2012.
2.3 ÁCIDO POLILÁTICO – PLA
O Ácido Polilático (PLA), do inglês Poly (Lactic Acid), com nome dado pela
IUPAC de ácido 2-hidróxipropanóico (Figura 3), é da família dos poliésteres
alifáticos, termoplástico e resistentes (WANG et al., 2008), produzido por síntese
química do ácido lático por meio da fermentação bacteriana do amido ou de glicose
extraído do milho, entre outras vias de produção como, por exemplo, compostos
26
facilmente convertidos a hexoses como amido de arroz, trigo batata, açúcares, etc.
(PRADELLA, 2006; LUNT, 1998; GUERRA, 2010; OLIVEIRA, 2006)
Figura 3 - Estrutura química do PLA. Fonte: PRADELLA, 2006
O processo de produção do PLA a partir de uma fonte de carbono ocorre em
duas etapas de acordo com Pradella (2006), sendo representado na Figura 4, no
qual uma é indireta, via lactato, resultando no poliactato e outra direta por meio da
polimerização por condensação, resultando no ácido lático, porém ambos os
produtos são denominados como PLA.
O processo de polimerização do ácido lático, que é uma molécula quiral1,
pode produzir dois isômeros ópticos: o levógiro (L-) e o dextrogiro (D-) ácido lático
(Figura 5) (LUNT, 1998; PRADELLA, 2006).
Segundo Wang et al. (2008), nas últimas décadas, tem sido estudado as
aplicações do PLA como polímero biodegradável em diversos materiais. Visto que
ele possui características comparáveis aos termoplásticos sintéticos derivados do
petróleo: poliestireno cristal (PS) e o poli (tereftalato de etileno) – PET
(principalmente a resistência mecânica).
Tem-se atualmente, que a principal aplicação do PLA produzido está no
desenvolvimento de embalagens, a qual representa cerca de 70%, e o restante está
no setor de fibras e têxteis, agricultura, eletrônicos, aparelhos e aparatos domésticos
(PRADELLA, 2006). O poli (L-ácido lático) (PLLA) vem sendo usado também na
área biomédica, em aplicações médicas, como biomateriais, devido à sua
característica de biocompatibilidade e bioreabsorção (JAHNO, 2005).
1 Molécula Quiral: molécula orgânica que contém pelo menos um carbono com quatro radicais
(ligantes) diferentes.
27
Figura 4 - Processo de produção de PLA. Fonte: PRADELLA, 2006.
Figura 5 – Estereoisômeros do ácido lático. Fonte: Adaptado de LUNT, 1998.
28
Porém, o PLA é mais caro que os polímeros convencionais derivados de
petróleo. (AURAS et.al., 2004 apud WANG et al., 2008). E observa-se que a
produção de PLA irá aumentar nos próximos anos, com a unidade fabril em Blair,
Nebraska, EUA, a qual pretende aumentar sua produção de 140.000 toneladas para
450.000 toneladas de PLA por ano. E ainda é esperado um aumento no uso desse
polímero em diversas aplicações já citadas (BALKCOM et al., 2002 apud OLIVEIRA,
2006).
2.4 BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR
O bagaço de cana-de-açúcar é um resíduo do processamento e da moagem
da cana-de-açúcar para produção de açúcar e de biocombustíveis. De acordo com
levantamentos realizados, o Brasil atualmente é considerado como o maior produtor
de cana de açúcar, no qual sua produtividade média nos últimos anos mostrou um
aumento de 44 para 67 toneladas de produção de cana por hectare. De acordo com
a União da Indústria da Cana-De-Açúcar (UNICA) a projeção de moagem de cana-
de-açúcar de 533,50 milhões de toneladas na safra de 2011/2012 (AGÊNCIA
ESTADO, 2011). É relevante ressaltar que cada tonelada de cana-de-açúcar produz
aproximadamente 250 kg de bagaço e 204 kg de palhas e ponteiras com cerca de
50% de umidade (GURGEL, 2010; PAULA et al., 2009; MARABEZI, 2009;
CAMARGO, 2009).
Atualmente, frente a essa problemática, buscam-se alternativas para
minimizar tal passivo ambiental causado pela abundante produção de cana-de-
açúcar, tal como utilizar o bagaço de cana-de-açúcar como fonte de combustível de
caldeiras (RAICHER, 2011). São também encontradas pesquisas referentes à
incorporação desse resíduo na produção de polímeros, visando diminuir custos de
produção de polímeros, agregar valor ao resíduo, entre outras aplicações.
O bagaço de cana-de-açúcar é um material lignocelulósico fibroso, sendo
que, do ponto de vista físico, é constituído por aproximadamente 50% de umidade,
45% de estruturas fibrilares, sendo a estrutura de celulose a mais abundante em
quantidade (Figura 6 e 7), e 5% de extrativos e componentes inorgânicos
29
(D’ALMEIDA, 1978; MARABEZI, 2009). As propriedades químicas do bagaço de
cana são mostradas na Tabela 1.
Figura 6 – Cadeia de celulose. Fonte: Geocities (2005) apud Rinald et al. (2008)
Figura 7 – A celulose. Fonte: Tecnicaindustrial (2013).
Tabela 1 – Propriedades químicas do bagaço de cana-de-açúcar
Propriedades químicas do bagaço (%)
Componente Bagaço integral Fibra Medula
Celulose 46,6 47 41,2
Polioses 25,2 25,1 26
α-celulose 38,3 40,4 -
Lignina 20,7 19,5 21,7
Extrativos 2,7 2,3 2,9
Solubilidade em H20 quente 4,1 3,4 4,2
Solubilidade em H2O fria 2,2 2,1 4,0
Solubilidade em NaOH 1% 34,9 32,0 36,1
Cinzas 2,6 1,4 5,4
Fonte: TRIANA at. al. (1990) apud GURGEL (2010).
30
2.5 AMIDO
O produto amiláceo extraído das partes aéreas comestíveis dos vegetais é
designado como amido (ABAM, 2004). Sendo que esse constitui uma das mais
importantes reservas das plantas superiores, na qual o amido representa cerca de
60 a 75 % do peso da planta. É então considerado um polímero natural, pois possui
dois polissacarídeos, sendo a amilose e a amilopectina (Figura 8) (CARR, 2007).
Figura 8 – Estrutura química da amilose (a) e amilopectina (b). Fonte: Geocities (2005) apud Rinald et al. (2008).
O amido é encontrado como reserva de alimentos de plantas como o milho,
arroz, mandioca, e assim por diante e é armazenado em formas de grânulos.
Segundo Pradella (2006) o amido é armazenado nas plantas em formas de
31
grânulos, no qual esses possuem propriedades hidrofílicas. Possui origem
renovável, o qual apresenta custo relativamente baixo. Sob condições de pressão e
temperatura e em presença de agente plastificante o amido pode ser gelatinizado, e
transformado em um fundido sob efeito de cisalhamento, sendo que tal produto é
designado como amido termoplástico. Esse pode ser empregado em diversas
aplicações, como é o caso em misturas poliméricas (RÓZ, 2003).
Esse produto possui usos abundantes, sendo utilizado no Brasil
principalmente em indústrias alimentícias, metalúrgicas, farmacêuticas, papel e
papelão, têxtil e outras (ABAM, 2004).
Atualmente, pesquisas vêm sendo desenvolvidas no intuito de se utilizar o
amido como um polímero biodegradável, associando-o com outros materiais
poliméricos (AVEROUS et al., 2001). Porém, segundo Carvalho (2002) a quantidade
limite que pode ser aplicada em misturas poliméricas é de 10%, a qual visa não
prejudicar as propriedades mecânicas do produto final da mistura.
No caso, o amido é associado ao PLA por ser um material barato e derivado de
fonte renovável, sendo completamente biocompatível e biodegradável. Sua pequena
estrutura granular o torna um bom preenchedor de partículas em muitos sistemas
poliméricos (JUN, 2000; AVEROUS et al., 2004; ZHAO et al., 2006, FAVIS et al.,
2003 apud WANG, 2008).
2.6 GLICEROL
Desde 1959, o glicerol, é reconhecido como uma substância atóxica e
possuí características de ser um líquido oleoso, incolor, viscoso e de sabor doce,
solúvel em água e álcool em quaisquer proporções e pouco solúvel em éter, acetato
de etila e dioxano e insolúvel em hidrocarbonetos. Quimicamente o glicerol é um tri-
álcool com 3 carbonos, é nomeado segundo a IUPAC como 1,2,3-propanotriol
(Figura 9) (ARRUDA et al., 2006).
A presença de três grupos hidroxila na estrutura do glicerol é responsável
pela solubilidade em água e sua natureza higroscópica, e sua geometria fornece o
ponto de partida para mecanismos de várias reações químicas com aplicações
32
práticas. É uma molécula altamente flexível formando ligações de hidrogênio tanto
intra como intermoleculares (BARBOSA, 2004).
Figura 9 – Estrutura química do glicerol. Fonte: BARBOSA, 2004.
De acordo com Beltrão (2002), os processos de fabricação de glicerol são de
baixa complexidade tecnológica e permitindo seu emprego, tais como: (i) na
indústria química, como insumo para síntese de resinas, ésteres e plásticos; (ii) na
indústria farmacêutica, como componentes de cápsulas, medicamentos; (iii) em
cosméticos, por ser insípido, inodoro, tem sido amplamente utilizado como emoliente
e umectante em cremes para a pele, maquiagens em geral; (iv) na indústria
alimentícia, utilizado na composição de umectantes e conservação de bebidas e
alimentos como refrigerantes, balas, bolos, entre outros.
O glicerol é muito utilizado como agente plastificante em várias classes de
polímeros, e como plastificante ao polímero no caso do amido se deve a sua
compatibilidade (BASTIOLI, 1995; GUILBERT et.al., 1995).
Os plastificantes são empregados aos polímeros com o objetivo de melhorar
a processabilidade e aumentar a flexibilidade, sendo que apresentam massa
molecular menor em relação ao polímero, formando um material aparentemente
homogêneo, mais macio, mais flexível e mais fácil de processar do que o respectivo
polímero. Desta forma, o material resultante apresenta uma temperatura de
transição vítrea menor e maior volume livre do que o polímero sem plastificante
(MILES et al., 1975).
Uma possível forma de atuação dos plastificantes em polímeros envolve a
redução das forças intermoleculares das cadeias poliméricas pelas moléculas do
plastificante, pois estas atuam como um agente de lubrificação, permitindo que as
33
macromoléculas deslizem umas sobre as outras mais livremente (GUIMARÃES et
al., 2006).
Com relação à miscibilidade com o polímero, o plastificante deve ser
compatível e permanecer no sistema. Isto implica em uma similaridade de forças
intermoleculares dos dois componentes. O peso molecular do plastificante deve ser
alto o suficiente para que não seja vaporizado durante o processamento (RABELLO,
2000).
2.7 PRINCIPAIS APLICAÇÕES DOS COMPÓSITOS BIOPOLIMÉRICOS
As misturas poliméricas baseadas em diferentes formulações de compostos
provenientes de fontes renováveis são estudadas visando substituir, minimizar
custos, produzir produtos semelhantes aos de origem sintética de fontes não
renováveis.
Os produtos dessas misturas podem ser aplicados no setor das embalagens,
substituir plásticos, utensílios domésticos, produtos sustentáveis, ambientalmente
corretos.
34
3 MATERIAS E MÉTODOS
Neste capítulo são apresentados os materiais, métodos experimentais
utilizados na obtenção dos compósitos poliméricos e as técnicas empregadas na
caracterização do material obtido via extrusão.
3.1 MATERIAIS
Para o desenvolvimento do trabalho foram utilizadas as seguintes matérias-
primas: PLA (ácido polilático), amido de mandioca, bagaço de cana-de-açúcar
(resíduo agroindustrial) e glicerol.
O resíduo agroindustrial utilizado neste trabalho foi coletado da produção de
vendedores de caldo de cana do comércio local da cidade de Londrina, no dia 19 de
novembro de 2012 (Figura 10).
Figura 10 – Coleta do resíduo industrial. Fonte: Autoria própria.
O PLA utilizado no trabalho foi o “PLA resin REVODE 201” fornecido pela
empresa chinesa ZhejiangHisunBiomaterialsCo.,Ltd. (Figura 11), que possui
propriedades físicas de acordo com a Tabela 2.
35
Foi utilizado no experimento o amido de mandioca da marca Yoki Alimentos
S.A. (Paranavaí - PR).
Como agente plastificante para a mistura polimérica foi utilizado o glicerol
fornecido pela Synth (Labsynth).
Figura 11 - PLA resin REVODE 201. Fonte: Empresa ZhejiangHisunBiomaterialsCo.,Ltd.
Tabela 2 - Propriedades do PLA
Propriedades do PRODUTO 201 (PLA REVODE) Métodos
Propriedades Físicas
Peso Específico (g/cm³) 1,25 ±0,05 GB/T1033-1986
Índice de Derretimento,
g/10min (190º C/2,16Kg) 10-30 GB/T3682-2000
Ponto de Fusão (oC) 140-150 GB/T19466.3-2004
Temperatura de Transição
Vítrea (oC)
54-60 GB/T19466.2-2004
Propriedades Mecânicas
Resistência à Tração
(MPa) ≥ 45 GB/T1040-1992
Alongamento na Ruptura
(%) ≥ 3,0 GB/T1040-1992
Resistência à Impactos
(KJ/m2, Izod) 3~5 GB/T1043-1992
Encolhimento na Moldagem 0,004 ISSO 294-4:2001
Fonte: Empresa ZhejiangHisunBiomaterialsCo.,Ltd. (2011).
Todos os reagentes utilizados nas análises tiveram grau analítico PA.
36
3.2 MÉTODOS
3.2.1 Preparo do Bagaço de Cana-de-açúcar para Extrusão
O resíduo lignocelulósico coletado, bagaço de cana-de-açúcar, foi
submetido, primeiramente, a um procedimento de secagem, que ocorreu de forma
natural à luz solar, nas dependências da Universidade Tecnológica Federal do
Paraná (UTFPR), durante os dias 20, 21 e 22 de novembro de 2012, onde a
temperatura máxima foi de 33,2oC e mínima de 19,9oC, com umidade relativa média
para os três dias de 55,3%, no município de Londrina-PR (IAPAR, 2012) (Figura 12).
Figura 12 - Bagaço de cana-de-açúcar seco. Fonte: Autoria própria.
A granulometria do bagaço de cana-de-açúcar recomendada para realizar o
trabalho era de, aproximadamente, de 0,5 milímetros no mínimo, a fim de não
comprometer a extrusora a ser utilizada para a produção dos compósitos. E ainda
para que fosse possível submeter o resíduo a uma mistura polimérica.
Portanto, para obter a granulometria recomendada, observou-se que seria
necessário triturar o resíduo em um moinho específico. Para que fosse possível
37
realizar esse processo foi necessário realizar o corte manual do bagaço de cana-de-
açúcar seco (Figura 13).
Figura 13 – Corte manual do bagaço de cana-de-açúcar seco. Fonte: Autoria própria.
Após o corte manual do material (Figura 14), esse foi submetido novamente
a um processo de secagem, porém, dessa vez, foi levado a uma estufa de
circulação de ar forçada à 65ºC ± 5ºC por um período de aproximadamente 24
horas.
Figura 14 - Bagaço de cana-de-açúcar seco cortado. Fonte: Autoria própria.
No dia seguinte, o material seco e cortado foi encaminhado ao Laboratório
de Nutrição Animal do Departamento de Zootecnia da Universidade Estadual de
Londrina, sendo submetido ao processo de trituração em um moinho de facas
38
estacionário do tipo “Thomas Wiley”, utilizando-se peneiras de crivos com malha de
um milímetro, o material triturado foi acondicionado em um balde de 25 litros alocado
abaixo do moinho (Figura 15 e 16).
Figura 15 - Moinho de facas do tipo “Thomas Wiley” – à esquerda e o processo de trituração do Bagaço de cana-de-açúcar à direita.
Fonte: Autoria própria.
Figura 16 - Bagaço de cana-de-açúcar triturado. Fonte: Autoria própria.
Para atingir a granulometria do bagaço de cana-de-açúcar recomendada
para realizar o trabalho foi necessário utilizar peneiras de 0,5 mm a fim de retirar
fibras com tamanhos maiores que pudessem danificar o processo de extrusão
(Figura 17).
39
Figura 17 - Bagaço de cana-de-açúcar peneirado. Fonte: Autoria própria.
Para demonstrar o processo de preparação do bagaço de cana-de-açúcar a
ser utilizado na mistura polimérica, para o processo de extrusão foi realizado um
fluxograma, que é mostrado na Figura 18.
Figura 18 – Fluxograma detalhado do processo de preparação do bagaço de cana-de-açúcar para extrusão. Fonte: Autoria própria.
COLETA DO RESÍDUO LIGNOCELULÓSICO
(BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR)
SECAGEM NATURAL
CORTE MANUAL
SECAGEM ARTIFICIAL
MOAGEM
PEINERAÇÃO
40
3.2.2 Caracterização do Bagaço de Cana-de-açúcar
3.2.2.1 Determinação do teor de umidade
A determinação dos teores de umidade das amostras de bagaço de cana-
de-açúcar preparadas para o processo de extrusão, teve início a partir da pesagem
de aproximadamente cinco gramas, realizada em triplicata, em balança analítica
com tampa e previamente tarada (Figura 19).
Figura 19 - Pesagem em balança analítica do bagaço de cana-de-açúcar. Fonte: Autoria própria.
As amostras foram levadas a uma estufa (105º C 05ºC) por um período de
4 horas (ABNT, 1998). O material seco foi levado a um dessecador até atingir massa
constante de acordo com a ABNT NBR 9656 (1998) (Figura 20).
Figura 20 - Bagaço de cana-de-açúcar em dessecador. Fonte: Autoria própria.
41
Assim, o teor de umidade do bagaço de cana-de-açúcar foi obtido por meio
da seguinte equação:
Teor de Umidade (%) = [(m0 – m1)/m1] x 100
Onde:
Teor de Umidade (%) – porcentagem de umidade
m0 – massa (g) da amostra úmida
m1 – massa (g) da amostra seca
3.2.3 Formulação e Preparação dos Compósitos
A produção dos compósitos foi estipulada utilizando três diferentes
proporções das matérias-primas para as misturas poliméricas (amido de mandioca,
bagaço de cana-de-açúcar, glicerol e PLA), as quais foram denominadas de:
Formulação Controle – FC (sem adição de bagaço de cana-de-açúcar), Formulações
F1 e F2 (com adição de bagaço de cana-de-açúcar, em diferentes quantidades), e
essas são apresentadas na Tabela 3.
Tabela 3 – Formulações dos compósitos poliméricos.
FORMULAÇÕES FC FC (%) F1 F1 (%) F2 F2 (%)
Amido (g) 237,5 52,78 212,5 47,22 187,5 41,67
Bagaço de cana-de-açúcar
(g) 0 0,00 25 5,56 50 11,11
Glicerol (g) 112,5 25,00 112,5 25,00 112,5 25,00
PLA (g) 100 22,22 100 22,22 100 22,22
TOTAL (g) e (%) 450 100,00 450 100,00 450 100,00
42
A preparação das misturas poliméricas teve início com a pesagem dos
componentes, sendo que primeiramente preparou-se a Formulação FC.
Inicialmente foram pesados o glicerol e o PLA, em suas devidas quantidades
previamente estabelecidas. Foi realizada a mistura dessas substâncias com o auxílio
de uma espátula e posteriormente foi adicionada a quantidade de amido de
mandioca para FC. Misturaram-se novamente os componentes até atingir uma
mistura homogênea (Figura 21).
Figura 21 – Preparação da Formulação FC. Fonte: Autoria própria.
A preparação de F1 e F2 seguiu o mesmo procedimento utilizado para FC,
só diferindo-se pela adição do bagaço de cana-de-açúcar por último, em suas
devidas quantidades estipulada anteriormente. Sendo que a adição do resíduo
lignocelulósico foi realizada após a mistura dos outros componentes, e ocorreu o
mesmo processo de homogeneização.
3.2.4 Processo de Extrusão para Obtenção dos Compósitos
Os compósitos poliméricos foram produzidos via extrusão, com uma
extrusora dupla-rosca de laboratório (Modelo BGM 0.20 330V, 60Hz, motor de 4kW),
composta por roscas com diâmetro de 250 mm, com 8 zonas de aquecimento para
produção de pellets e 9 para produção de filmes; sistema com ar interno para
formação do balão e anel de ar externo para resfriamento durante a formação dos
filmes com diâmetro de 150 a 300 mm, com 2 bobinas de acionamento pneumático;
43
controladores e indicadores de temperatura digital microprocessados; controle
proporcional integral derivativo (PID) das zonas de aquecimento e refrigeração da
torre de resfriamento; bobinador automático e granulador com regulador de
velocidade. O perfil de temperatura utilizado para extrusão ficou na faixa dos 160°C
para o funcionamento do equipamento, 90°C no pé das roscas e a velocidade da
rosca foi de 50 rotações por minuto (rpm) (Figura 22).
Figura 22 - Extrusora dupla-rosca de laboratório. Fonte: Autoria própria.
As extrusões das três formulações ocorreram todas da mesma maneira, ou
seja, foi realizada a adição da mistura polimérica ao equipamento lentamente até a
formação dos compósitos poliméricos na saída do equipamento (Figura 23).
Figura 23 – Extrusão dos compósitos. Fonte: Autoria própria.
44
3.2.5 Caracterização dos Compósitos Produzidos
3.2.5.1 Espectroscopia na região do infravermelho (FT-IR)
Os compósitos estudados, bem como a matéria-prima de PLA tiveram suas
características estruturais analisadas pela técnica da espectroscopia vibracional na
região do infravermelho médio – faixa de varredura 400-4000 cm-1 e os espectros
registrados foram registrados em um espectrômetro de FT-IR, da Perkin Elmer.
3.2.5.2 Determinação da capacidade de absorção de água (CAA)
Para determinação da capacidade de absorção de água (CAA) das
formulações produzidas, todas as amostras dos compósitos poliméricos foram
preparadas, nas dimensões apresentadas na Tabela 4, com o auxílio de um
paquímetro (Figura 24).
Tabela 4 – Dimensões das amostras utilizadas para determinação de absorção de água nos compósitos produzidos.
Dimensões Diâmetro (m) Comprimento (m) Volume (cm³)
FC 0,003 0,03 7,06858
F1 0,0029 0,03 6,60520
F2 0,0028 0,03 6,15752
Segundo a ABNT NM-ISSO 535 (1999), as amostras foram pesadas e
imersas em água destilada por 1, 5, 10, 15, 20, 25 e 30 minutos (Figura 25). Após
tais períodos, o excesso de água foi removido com auxílio de um papel de seda, e
logo em seguida as amostras foram pesadas novamente. A quantidade de água
absorvida foi calculada pela diferença de massa (final e inicial) e expressa como a
massa da água absorvida pela massa da amostra original. Os valores obtidos foram
45
referentes às médias de cinco determinações para cada formulação (VERCELHEZE
et al., 2012).
Figura 24 – Preparação das amostras para determinação Da CAA dos compósitos produzidos. Fonte: Autoria própria.
Figura 25 – Imersão das amostras em água destilada. Fonte: Autoria própria.
3.2.5.3 Densidade
A densidade foi obtida por meio da relação entre a massa e o volume dos
compósitos produzidos. Dessa forma, foram analisadas as médias dos valores de 10
determinações de cada formulação.
As dimensões de todos compósitos foram previamente medidos, com o
auxílio de um paquímetro, para a determinação da densidade de cada formulação
(Tabela 5).
46
Tabela 5 – Dimensões das amostras FC, F1 e F2 para análise de densidade.
Dimensões Diâmetro (m) Comprimento (m) Volume (cm³)
FC 0,032 0,03 24,1274
F1 0,026 0,03 15,9278
F2 0,028 0,03 18,4725
3.2.5.4 Análise da biodegradabilidade
Primeiramente, foi realizada a preparação dos compósitos poliméricos (FC,
F1 e F2), assim como o PLA puro para serem analisados quanto a sua
biodegradação (Figura 26).
Figura 26 – Preparação dos compósitos para análise de biodegradabilidade. Fonte: Autoria própria.
Para este ensaio de biodegradação foram preparados cinco amostras de
cada formulação e também de PLA puro. Todas as amostras foram pesadas em
balança analítica e suas dimensões foram medidas com o uso de um paquímetro,
conforme apresentadas nas Tabelas 6 e 7.
47
Tabela 6 – Dimensões das amostras FC, F1 e F2 para análise de biodegradabilidade.
Dimensões Diâmetro (m) Comprimento (m) Volume (cm³)
FC 0,00315 0,05 7,79311
F1 0,0026 0,05 5,30929
F2 0,0028 0,05 6,15752
Tabela 7 - Massa das amostras FC, F1, F2 e PLA para análise de biodegradabilidade.
MASSA (g) FC F1 F2 PLA
Amostra 1 0,5509 0,3562 0,3602 0,617
Amostra 2 0,5070 0,3913 0,377 0,9728
Amostra 3 0,5220 0,3922 0,3499 2,0756
Amostra 4 0,5705 0,3926 0,3674 1,7188
Amostra 5 0,5434 0,4136 0,3724 2,4544
Média 0,535725 0,397425 0,366675 1,56772
Para analisar a biodegradabilidade dos compósitos produzidos, assim como
do PLA puro, utilizou-se um composto orgânico em fase de humificação à base de
esterco de ovinos e materiais orgânicos de origem vegetal (podas de grama), ou
seja, os compósitos foram alocados, no dia 16 de março de 2013, no interior de uma
leira de compostagem (Figura 27). No dia da inserção dos materiais, a temperatura
ambiente era de aproximadamente 24oC e a temperatura no interior da leira era de
aproximadamente 27oC, as quais foram medidas com um Termômetro Digital tipo
Espeto da marca Incoterm.
As amostras foram avaliadas quanto ao aspecto visual e perda de massa
dos compósitos durante o período de 14 dias.
48
Figura 27 – Inserção dos compósitos em leira de compostagem. Fonte: Autoria própria.
3.2.6 Análises Estatísticas dos Dados Obtidos
Os resultados numéricos obtidos, foram analisados sob condições
estatísticas, utilizando os conceitos aplicáveis dessa, como por exemplo, média,
desvio padrão, erro percentual, coeficiente de variação (CV) e gráficos estátiscos
para descrever o comportamento e as características dos compósitos produzidos.
Foram aplicados métodos de análise de variância (ANOVA) para avaliar e
comparar os valores e as médias obtidas das experimentações realizadas. Para isso
foi utilizado o teste de aceitação (Teste de Tukey), ao nível de 5% de significância.
As análises foram realizadas utilizando-se os programas estatísticos GraphPad
Prism 6.0 e o BioEstat 5.0.
49
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capítulo são apresentados os resultados obtidos a partir do
desenvolvimento dos compósitos poliméricos, bem como suas análises e
discussões.
4.1 CARACTERIZAÇÃO DO BAGAÇO DE CANA-DE-AÇÚCAR
4.1.1 Determinação do Teor de Umidade
Os teores de umidade das amostras de bagaço de cana-de-açúcar,
preparadas para processo de extrusão, são apresentados na Tabela 8.
Com o auxílio do programa estatístico BioEstat 5.0 foi realizado a análise
descritiva dos dados quantitativos das amostras, a fim de avaliar o teor de umidade
das amostras de bagaço de cana-de-açúcar (Tabela 9).
Tabela 8 – Teor de umidades do bagaço-de-cana.
Amostras Massa úmida (m0) Massa seca (m1) Umidade (%)
Amostra 1 5,0020 4,4402 12,65
Amostra 2 4,9998 4,4650 11,98
Amostra 3 5,0050 4,5468 10,08
Tabela 9 – Análise estatística do teor de umidade das amostras.
Dados estastísticos Umidade (%)
Média Aritmética 11,57
Desvio padrão 1,3332
Erro padrão 0,7697
Coeficiente de variação (CV) 11,52%
50
Em relação aos resultados dos teores de umidade das amostras nota-se que
a umidade média das amostras de bagaço de cana-de-açúcar foi de 11,57%, com
desvio padrão de 1,3332%, representando uma média dispersão de boa precisão,
ou seja, a media é representativa, pois o coeficiente de variação apresentou-se entre
10 e 20% (PIMENTEL GOMES, 2000).
Portanto, estes valores são compatíveis com os descritos na literatura
(NOLASCO et al., 1998).
4.2 FORMULAÇÃO DOS COMPÓSITOS
Os compósitos produzidos via extrusão apresentaram variações nas cores,
textura e no diâmetro. Sendo que a Formulação Controle apresentou uma cor mais
clara, próxima à cor “gelo” e com uma textura mais lisa que as Formulações F1 e F2,
que se mostraram com uma cor mais escura, próxima do marrom, devido à adição
da do bagaço de cana-de-açúcar, e seus diâmetros foram milimetricamente menores
que FC. Nas Formulações F1 e F2 percebem-se visualmente alguns pontos
características das fibras do resíduo incorporado (Figura 28).
Figura 28 – PLA puro, Formulação FC, F1 e F2. Fonte: Autoria própria.
51
4.3 CARACTERIZAÇÃO DOS COMPÓSITOS
4.3.1 Espectroscopia na Região do Infravermelho Médio (FT-IR)
Foram obtidos e discutidos os resultados dos espectros de infravermelho
médio (FT-IR) para o PLA (ácido polilático), assim como para as formulações FC, F1
e F2. Além disso, foi realizada uma análise comparativa entre todos os espectros
nas subseções seguintes.
4.3.1.1 Espectro de FT-IR do PLA (ácido polilático)
A estrutura química do mero do PLA (Figura 3) apresenta como principal
função química o éster, portanto sugere que o seu espectro exponha os sinais
evidentes para este biopolímero (Gráfico 1).
Gráfico 1 – Espectro de FT-IR do PLA (ácido polilático).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
500150025003500
Tra
ns
mit
ân
cia
(%
)
Número de ondas (cm-1)
FT-IR DO PLA
1760 cm-1
1460 e 1389 cm-1
1190 e 1090 cm-1
2980 e 2940 cm-1
52
Dessa forma, no espectro de FT-IR do PLA é possível perceber a presença
dos sinais de estiramento CH de carbono sp³ (CH3 e CH) em 2980 e 2940 cm-1,
assim como os sinais de dobramento CH de carbono sp³ (CH3 e CH) em 1460 e
1389 cm-1. O sinal referente à carbonila do éster (C=O) é evidenciado em 1760 cm-1
e os sinais em 1190 e 1090 cm-1 podem ser atribuídos às ligações C-O de ésteres.
Todos esses sinais são condizentes com a afirmação da função éster na estrutura
química do PLA.
4.3.1.2 Espectro de FT-IR da Formulação Controle (FC)
O espectro obtido da mistura polimérica da Formulação FC (amido de
mandioca, glicerol e PLA) (Gráfico 2) apresentou a presença de uma única banda
larga em 3350 cm-1, referente à deformação axial simétrica das hidroxilas (OH
associado), em ligações de hidrogênio intra e intermolecular, presente nas estruturas
químicas do glicerol e do amido.
Gráfico 2 – Espectro de FT-IR da Formulação Controle (FC).
Os sinais de 2954 e 2925 cm-1, referem-se às deformações axiais
assimétricas das ligações CH e CH2, assim como os sinais de 1450 e 1388 cm-1.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
5001000150020002500300035004000
Tra
ns
mit
ân
cia
(%
)
Número de onda (cm-1)
FT-IR da Formulação Controle
3350 cm-1 2954 e 2925 cm-1
1760 cm-1
1450 e 1388 cm-1
1084 e 1043cm-1
1185 cm-1
53
O sinal atribuído em 1760 cm-1 é referente à ligação C=O, assim como o
sinal de 1185 cm-1 referente ao C-O característico de éster, porém mostrando-se em
menor intensidade que no espectro do PLA.
Percebe-se também um aumento na intensidade dos sinais de 1084 e 1043
cm-1 referentes às deformações axiais das ligações C-O de álcoois primários e
secundários, presentes na cadeia polimérica do amido.
Conclui-se que o esses sinais são condizentes com as estruturas do amido e
do glicerol incorporados ao PLA.
4.3.1.3 Espectro de FT-IR das Formulações F1 e F2
Nos espectros das formulações F1 e F2 (Gráfico 3 e 4) percebe-se
claramente que o sinal em aproximadamente de 3340 cm-1 referente ao OH de
álcoois tiveram sua intensidade aumentada, da mesma forma os sinais referentes do
C-O de álcoois primários e secundários também se sobressaíram. Isto pode ser
explicado pela inserção de fibras provenientes de bagaço de cana-de-açúcar, onde o
componente majoritário é a celulose.
Gráfico 3 – Espectro de FT-IR da Formulação F1.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
5001000150020002500300035004000
Tran
smit
ânci
a (%
)
Número de ondas (cm-1)
FT-IR FORMULAÇÃO F1
3340 cm-1
1760 cm-1
2954 e 2925 cm-1
1040 cm-1
54
Gráfico 4 – Espectro de FT-IR da Formulação F2.
O gráfico 5 compara os quatro espectros, referente ao PLA e as formulações
Controle, F1 e F2.
Gráfico 5 – Comparação entre os espectros de FT-IR do PLA e das Formulações FC, F1 e F2.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
5001000150020002500300035004000
Tra
ns
mit
ân
cia
(%
)
Número de ondas (cm-1)
FT-IR FORMULAÇÃO F2
3340 cm-1
2954 e 2925 cm-1
1760 cm-1
1040 cm-1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
5001000150020002500300035004000
Tra
ns
mit
ân
cia
(%
)
Número de ondas (cm-1)
FT-IR PLA e FORMULAÇÕES FC, F1 e F2
F1
FC
PLA
F2
55
4.3.2 Densidade
As três formulações tiveram suas massas pesadas em 10 determinações
(Tabela 10) e essas foram analisadas estatisticamente (Tabela 11).
Tabela 10 – Massa das Formulações FC, F1 e F2.
FORMULAÇÕES FC F1 F2
Massa (g)
0,35550 0,29820 0,23900
0,46880 0,28320 0,23790
0,31170 0,26100 0,20490
0,33100 0,28420 0,26550
0,31100 0,28150 0,27180
0,36460 0,27900 0,23100
0,38000 0,26180 0,24220
0,33860 0,31800 0,24880
0,31360 0,25350 0,22350
0,39890 0,27160 0,24600
Tabela 11 – Análise estatística das massas das Formulações FC, F1 e F2.
FC F1 F2
Média aritmética 0,3574 0,2792 0,2411
Desvio padrão 0,0493 0,0190 0,0193
Erro padrão 0,0156 0,0060 0,0061
Coeficiente de Variação (CV) 13,81% 6,82% 8,01%
Em relação aos resultados das massas pesadas das três formulações pode
perceber que a massa média de FC foi de 0,3574 gramas, F1 foi de 0,2792 gramas
e F2 0,2411 gramas, com desvio padrão de 0,0493, 0,0190 e 0,0193, para FC, F1 e
F2, respectivamente. Somente o FC apresentou um CV maior que 10%,
representando uma média dispersão de boa precisão, sendo que F1 e F2
apresentaram CV menor que 10%, onde o valor do erro é mínimo (PIMENTEL
GOMES, 2000).
A análise de densidade foi obtida por meio da relação entre a massa e o
volume do compósito produzido, e o resultado foi expresso em g/cm3 (Tabela 12).
Foram analisadas as 10 determinações, com dimensões apresentadas na Tabela 5,
em relação a estatística descritiva dos valores obtidos das amostras (Tabela 13).
56
Tabela 12 – Densidade obtida das amostras.
FORMULAÇÕES FC F1 F2
Densidade (g/cm³)
0,01473 0,01872 0,01294
0,01943 0,01778 0,01288
0,01292 0,01639 0,01109
0,01372 0,01784 0,01437
0,01289 0,01767 0,01471
0,01511 0,01752 0,01251
0,01575 0,01644 0,01311
0,01403 0,01996 0,01347
0,01300 0,01592 0,01210
0,01653 0,01705 0,01332
Tabela 13 – Análise estatística da densidade das amostras.
FC F1 F2
Média aritmética 0,0148 0,0175 0,0130
Desvio padrão 0,0020 0,0012 0,0010
Erro padrão 0,0006 0,0004 0,0003
Coeficiente de Variação (CV) 13,81% 6,82% 8,01%
Em relação aos resultados das densidades obtidas das três formulações
pode percebe que a densidade média de FC foi de 0,0148 ± 0,002 g/cm3, F1 de
0,0175 ± 0,0012 g/cm3 e F2 0,0130 ± 0,001 g/cm3. Somente o FC apresentou um CV
maior que 10%, representando uma média dispersão de boa precisão, sendo que F1
e F2 apresentaram CV menor que 10%, onde o valor do erro é mínimo (PIMENTEL
GOMES, 2000).
Os dados obtidos também foram analisados pelo teste de Tukey de com-
paração de médias (p ≤ 0,05), com auxílio do software Biostat 5.3. Todos os valores
de densidade das amostras das 3 formulações diferiram-se entre si, pois
apresentaram p ≤ 0,05.
A menor densidade foi obtida na amostra F2 (F2 0,0130 ± 0,001 g/cm3),
pode observar que a adição das fibras levou ao decréscimo significativo (teste de
Tukey, p ≤ 0,05) da densidade nas amostras FC e F1. De acordo com Glenn et al.
(2001) apud Marengo et al. (2012) a densidade de espumas de amido decresce com
a adição de fibras. Possivelmente, a adição de fibras pode ter contribuído para o
reforço da matriz polimérica, levando a uma estrutura expandida mais estável
(MARENGO et al., 2012).
57
O Gráfico 6 demonstra as diferenças significativas dos analisadas pelo teste
de Tukey de comparação de médias (p ≤ 0,05), Onde FC refere-se ao valor 1, F1 ao
2 e F2 ao 3.
Gráfico 6 – Análise de variância da densidade das Formulações FC, F1 e F2.
4.3.3 Determinação da Capacidade de Absorção de Água (CAA)
Todos os resultados de capacidade de absorção de água (CAA) das
amostras, realizada em diferentes tempos são apresentados no Quadro 1.
A Formulação F2 produzida com 50 gramas de bagaço de cana-de-açúcar
apresentou a maior capacidade de absorção de água em todos os tempos, quando
comparada às outras amostras (FC e F1). A Formulação Controle (FC) apresentou
os menores valores para a CAA, em todos os tempos, sendo que a Formulação F1
apresentou valores para a CAA menores que F2, porém maiores que FC (Quadro 1)
(Gráfico 7). Segundo Sjoqvist et al. (2010) apud Marengo et al. (2012), a formação
de espumas de menor densidade e estrutura porosa oferece uma maior CAA, como
foi observado neste trabalho.
58
TEMPO
FC F1 F2
Massa Inicial
(g)
Massa Final (g)
Absorção (g)
Massa Inicial
(g)
Massa Final (g)
Absorção (g)
Massa Inicial
(g)
Massa Final (g)
Absorção (g)
1 Min
0,3520 0,3530 0,0010 0,2992 0,3003 0,0011 0,2290 0,2303 0,0013
0,3610 0,3617 0,0007 0,2834 0,2844 0,0010 0,2189 0,2203 0,0014
0,3350 0,3361 0,0011 0,2618 0,2627 0,0009 0,2879 0,2896 0,0017
0,3684 0,3692 0,0008 0,2857 0,2865 0,0008 0,2645 0,2657 0,0012
0,3254 0,3263 0,0009 0,2748 0,2761 0,0013 0,2748 0,2763 0,0015
5 Min
0,3265 0,3281 0,0016 0,2876 0,2894 0,0018 0,2219 0,2241 0,0022
0,3600 0,3618 0,0018 0,2975 0,2990 0,0015 0,2321 0,2340 0,0019
0,3359 0,3380 0,0021 0,3280 0,3302 0,0022 0,2496 0,2517 0,0021
0,3125 0,3137 0,0012 0,2511 0,2527 0,0016 0,2545 0,2564 0,0019
0,3514 0,3539 0,0025 0,2714 0,2735 0,0021 0,2326 0,2349 0,0023
10 Min
0,3257 0,3296 0,0039 0,2841 0,2877 0,0036 0,2466 0,2510 0,0044
0,4125 0,4153 0,0028 0,2795 0,2833 0,0038 0,2392 0,2438 0,0046
0,3642 0,3690 0,0048 0,2819 0,2864 0,0045 0,2279 0,2328 0,0049
0,3325 0,3365 0,0040 0,2799 0,2841 0,0042 0,2052 0,2100 0,0048
0,2932 0,2969 0,0037 0,2863 0,2909 0,0046 0,2708 0,2759 0,0051
15 Min
0,3215 0,3254 0,0039 0,3103 0,3148 0,0045 0,2290 0,2332 0,0042
0,3879 0,3916 0,0037 0,2971 0,3018 0,0047 0,2410 0,2456 0,0046
0,3452 0,3501 0,0049 0,2679 0,2715 0,0036 0,2489 0,2536 0,0047
0,3132 0,3183 0,0051 0,3182 0,3231 0,0049 0,2381 0,2434 0,0053
0,3698 0,3740 0,0042 0,3111 0,3163 0,0052 0,2032 0,2092 0,0060
20 Min
0,3412 0,3514 0,0102 0,2614 0,2735 0,0121 0,2536 0,2661 0,0125
0,4215 0,4315 0,0100 0,3495 0,3626 0,0131 0,2510 0,2628 0,0118
0,3966 0,4079 0,0113 0,2722 0,2831 0,0109 0,2322 0,2421 0,0099
0,3348 0,3447 0,0099 0,3136 0,3234 0,0098 0,2378 0,2491 0,0113
0,4058 0,4170 0,0112 0,3260 0,3365 0,0105 0,2190 0,2308 0,0118
25 Min
0,3184 0,3288 0,0104 0,3130 0,3240 0,0110 0,2256 0,2397 0,0141
0,3246 0,3365 0,0119 0,3124 0,3248 0,0124 0,2216 0,2344 0,0128
0,4082 0,4217 0,0135 0,2988 0,3126 0,0138 0,2690 0,2802 0,0112
0,3702 0,3812 0,0110 0,3606 0,3722 0,0116 0,2010 0,2133 0,0123
0,3242 0,3365 0,0123 0,2924 0,3036 0,0112 0,1846 0,1966 0,0120
30 Min
0,3966 0,4230 0,0264 0,3092 0,3318 0,0226 0,2338 0,2623 0,0285
0,3338 0,3482 0,0144 0,2794 0,2998 0,0204 0,2405 0,2545 0,0140
0,4375 0,4596 0,0221 0,3516 0,3732 0,0216 0,1950 0,2249 0,0299
0,3980 0,4175 0,0195 0,2715 0,2896 0,0181 0,2768 0,3001 0,0233
0,4312 0,4413 0,0101 0,2985 0,3257 0,0272 0,1842 0,2034 0,0192
Quadro 1 - Resultados da capacidade de absorção de água (CAA) das amostras, em diferentes tempos (1, 5, 10, 15, 20, 25 e 30 min).
59
Gráfico 7 – Capacidade de Absorção de água (CAA) das Formulações FC, F1 e F2.
De acordo com Sjöqvis et al. (2010) apud Marengo (2012) polímeros que
são reforçados com fibras vegetais, a natureza hidrofílica destas fibras (decorrência
das hidroxilas presentes na celulose, hemicelulose e lignina) aumenta a capacidade
de absorção de água do material, quando comparado com o polímero isoladamente.
Portanto, os resultados obtidos estão de acordo com o que é proposto pelo autor
citado.
As amostras analisadas apresentaram alta capacidade de absorção de
água, tendo atingido ao final do experimento (30 min): FC 0,0264 g, F1 0,0272 g e
F2 0,0299 g de água absorvida. De acordo com Sjoqvist et al. (2010) e
Bouchonneau et al. (2010) apud Marengo et al. (2012), o aumento da porosidade de
um material faz com que tenha maior capacidade de sorção através do processo de
entrada da água nos espaços vazios.
Os dados obtidos também foram analisados pelo teste de Tukey de com-
paração de médias (Tabela 14), com auxílio do software GraphPad Prism 6.0. Todos
os valores de absorção de água nas amostras das 3 formulações nos diferentes
tempos diferiram-se entre si, pois apresentaram p ≤ 0,05 (Tabela 15).
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0 5 10 15 20 25 30 35
Ab
so
rçã
o d
e á
gu
a (
g)
Tempo (minuto)
Capacidade de Absorção de Água (CAA) das Formulações FC, F1 e F2
FC
F1
F2
60
Tabela 14 – Resultados da análise de variância referente aos valores da CAA das Formulações FC, F1 e F2 nos diferentes tempos.
Valor de P Significativo
Fator Formulação 0,0008 Sim
Fator Momento < 0.0001 Sim
Tabela 15 – Teste de Tukey para comparação da CAA das Formulações FC, F1 e F2 nos diferentes tempos.
a
M1 M5 M10 M15 M20 M25 M30
FC 0.0009 Aa 0.00184 Aa 0.00384 Aa 0.00436 Aa 0.01052 Ab 0.01182 Ab 0.0185 Ac
F1 0.00102 Aa 0.00184 Aa 0.00414 Aa 0.00458 Aa 0.01128 Ab 0.012 Ab 0.02198 Ac
F2 0.00142 Aa 0.00208 Aa 0.00476 Aa 0.00496 Aa 0.01146 Ab 0.01248 Ab 0.00348 Ba a
As médias apresentadas são as obtidas das observações originais seguidas das letras obtidas na comparação de médias a partir do Teste de Tukey. Letras maiúsculas iguais na coluna e letras minúsculas iguais na linha não diferem entre si de acordo com o Teste de Tukey ao nível de 5% de significância. F0, F1, F2 = FC, F1 e F2, respectivamente. M1, M5, M10, M15, M20, M25, M30= 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30 minutos, respectivamente.
4.3.4 Análise da Biodegradabilidade dos Compósitos
Os compósitos alocados na leira de compostagem foram analisados
visualmente no dia 20 de março de 2013, após 4 dias da inserção desses na
composteira (Figura 30).
Figura 30 – Análise da biodegradabilidade dos compósitos após 4 dias. Fonte: Autoria própria.
FC
F1
F2
PLA
61
Os compósitos não apresentaram sinais de biodegradação, exceto o F2
(Figura 31). Tal fato pode ser explicado pelo curto período de contato amotra/solo.
Figura 31 – Análise visual da biodegradabilidade do da Formulação F2 após 4 dias.
Fonte: Autoria própria.
Os compósitos foram novamente analisados no dia 27 de março de 2013, ou
seja, 7 dias após a inserção desses na leira composteira. Não houve diferença visual
significativa do primeiro dia de análise, somente a Formulação F2 que apresentou
características de biodegradabilidade.
A última análise ocorreu no dia 30 de março de 2013, completando os 14
dias de incubação dos compósitos na leira composteira. A análise visual dos
compósitos após o período do ensaio de biodegradação mostrou que todas as
formulações apresentaram sinais de degradação (estrutura mais finas e
quebradiças), porém a Formulação F2 foi a que apresentou mais pontos ou regiões
de fragmentação e sinais de biodegradação. É importante ressaltar que todas as
amostras tiveram sua cor alterada em função do contato direto com o material de
ensaio utilizado (Figura 32).
As amostras preparadas de PLA não apresentou alteração, fato este pode
ser explicado por o material não deve ter tido contato com o composto e/ou
microorganismos. Portanto, o método de preparação das amostras de PLA foi
ineficaz, pois não obteve nenhum resultado.
62
Figura 32 – Análise visual da biodegradabilidade das Formulações FC, F1 e F2 após 14 dias. Fonte: Autoria própria.
Todas as amostras foram novamente pesadas, após o período de 14 dias
(Tabela 16) e todas as formulações apresentaram perda de massa (Tabela 17).
Tabela 16 - Massa das amostras FC, F1, F2 e PLA após 14 dias da análise de biodegradabilidade.
MASSA (g) FC F1 F2
Amostra 1 0,5442 0,3562 0,1349
Amostra 2 0,4862 0,3913 0,2501
Amostra 3 0,4902 0,3922 0,2545
Amostra 4 0,5596 0,3926 0,1904
Amostra 5 0,5189 0,4136 0,1605
Tabela 17 – Perda de massa das amostras FC, F1, F2 e PLA após 14 dias da análise de biodegradabilidade.
Perda de massa (%) FC F1 F2
Amostra 1 1,216191686 10,05053341 62,5485841 2
Amostra 2 4,102564103 5,954510606 33,66047745
Amostra 3 6,091954023 8,847526772 27,26493284
Amostra 4 1,910604733 7,590422822 48,17637452
Amostra 5 4,508649245 7,591876209 56,90118153
63
Os valores de perda de massa foram analisados estatisticamente, com o
auxílio do software BioEstat 5.0 (Tabela 18).
Tabela 18 – Análise estatística da perda de massa das amostras FC, F1, F2 e PLA após 14 dias da análise de biodegradabilidade.
FC F1 F2
Média aritmética 3,5660% 8,0070% 45,7103%
Desvio padrão 1,9886 1,5363 15,0023
Erro padrão 0,0006 0,6871 6,7092
Coeficiente de Variação (CV) 55,77% 19,19% 32,82%
Em relação aos resultados das perdas de massa obtidas das três
formulações percebe-se que a perda de massa média de FC foi de 3,5660 ±
1,9886%, F1 de 8,007 ± 1,5363% e F2 45,7103 ± 15,0023%. Todas as amostras
apresentaram um alto CV, representando uma alta dispersão (PIMENTEL GOMES,
2000). Essas perdas de massa podem ser atribuídas à biodegradação do amido e
das fibras.
Segundo a análise da Tabela 18, nota-se que a adição de amido de
mandioca e fibra colaborou para o processo de biodegradação, processo este
responsável pela perda de massa das formulações. E quanto maior a presença de
fibra (F2) maior será velocidade de biodegradação do composto.
Os dados obtidos também foram analisados pelo teste de Tukey de com-
paração de médias (ANOVA), com auxílio do software Biostat 5.3.
Entre a formulação FC e F1 não houve diferença significativa entre as
perdas de massa das amostras, porém comparando FC com F1 e F1 com F2, os
valores das perdas de massa das amostras diferiram-se entre si, pois apresentaram
p ≤ 0,05 (Gráfico 8).
64
Gráfico 8 - Análise de variância da análise de biodegradabilidade das médias das perdas de massa das Formulações FC, F1 e F2.
65
5 CONCLUSÃO
Neste trabalho, conclui-se que os compósitos poliméricos com a
incorporação de fibras provenientes do bagaço de cana-de-açúcar são viáveis de
serem produzidos do ponto de vista técnico. Foi possível verificar que as maiores
dificuldades para realização deste trabalho se deram na parte de preparação das
matérias-primas e realização das análises. Entretanto, a extrusão de misturas
poliméricas é um processo simples, requerendo apenas que as misturas estejam
homogeneizadas para que o processo extrusivo dos compósitos seja eficaz.
Observou-se que a mistura polimérica deve estar homogênea para que haja uma
extrusão eficaz dos compósitos.
Não foi possível estudar as propriedades mecânicas e térmicas dos
compósitos em virtude do curto prazo de realização deste trabalho, por tal motivo
Obtiveram-se compósitos aparentemente com menor rigidez que o PLA (ácido
polilático) a partir de uma análise visual. Provavelmente, as quantidades utilizadas
de amido e de bagaço de cana-de-açúcar influenciaram na interação química dos
materiais para a produção dos compósitos.
De acordo com o planejamento fatorial, os compósitos obtidos forneceram
resultados com aplicações específicas em cada formulação. É importante ressaltar
que neste trabalho não foi possível prever a utilização dos compósitos para qualquer
finalidade frente às não realização dos testes mecânicos e térmicos, por exemplo,
não foi possível afirmar que o compósito produzido pode substituir o PLA
efetivamente. Porém, foi possível notar que o aumento do teor de fibras na mistura
polimérica ocasionou um aumento no incremento de água devido ao caráter polar
dos polissacarídeos presentes nas fibras aumentando essa absorção, e pela
melhora dessa propriedade, possivelmente o compósito, se melhor estudado,
poderia ser utilizado como retentor de água. A adição de bagaço de cana resultou
em amostras menos densas e menos resistentes, e que apresentaram os maiores
valores de capacidade de absorção de água.
Por meio da análise dos resultados obtidos no trabalho e comparações com
as características de densidade, verificou-se que, a menor densidade foi obtida na
amostra F2, que continha maior quantidade de fibra incorporada no compósito.
66
As análises de infravermelho tiveram bons resultados para os espectros
analisados, sendo que mostrou claramente os sinais (bandas) característicos das
estruturas químicas das formulações.
A análise visual e a perda de massa utilizadas neste trabalho mostraram-se
técnicas simples e muito úteis para avaliar a biodegradação de compostos
poliméricos biodegradáveis. Sendo que os resultados da análise da
biodegradabilidade em relação à perda de massa dos compósitos mostraram que
houve perdas de massa nas três formulações estudadas. Essas perdas de massa
podem ser atribuídas à biodegradação do amido e das fibras. Já a análise visual dos
compósitos após o período do ensaio de biodegradação mostra que todas as
formulações apresentaram sinais de degradação (estrutura mais finas e
quebradiças), sendo que a Formulação F2 foi a que apresentou mais pontos ou
regiões de fragmentação e sinais de biodegradação. É importante ressaltar que
todas as amostras tiveram sua cor alterada em função do contato direto com o solo
de ensaio utilizado. As amostras preparadas de PLA não apresentaram alteração,
fato este pode ser explicado por o material não deve ter tido contato com o solo e/ou
microorganismos presentes no solo. Portanto, o método de preparação das
amostras de PLA foi ineficaz, pois não obteve nenhum resultado.
Ao observar os parâmetros estudados neste trabalho, verifica-se que os
compósitos produzidos possuem características biodegradáveis e a importância da
continuidade do estudo para que seja possível prever possíveis utilidades para esse
tipo de mistura polimérica utilizada no trabalho (PLA/amido de
mandioca/glicerol/fibraslignocelulósicas).
67
6 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Todavia, o trabalho desenvolvido permite novas frentes de estudo, sendo
esses:
Continuar estudando novas formulações para o aprimoramento na
produção de compósitos mais resistentes, até que seja possível encontrar uma
formulação viável para produzir novos produtos, ou serem utilizadas para outros fins;
Estudar outras características dos compósitos para aperfeiçoar o estudo,
tais como: avaliar o grau de cristanilidade dos compósitos por difração de raio-X,
para obter o seu grau de cristanilidade; determinar as isotermas de sorção de água
das amostras dos compósitos produzidos; realizar ensaios de Tração para prever as
propriedades mecânicas dos compósitos; avaliar imagens microscopia óptica (MO) e
microscopia eletrônica de varredura (MEV) dos compósitos; realizar análise Térmica
(TGA/DTA) para avaliar a estabilidade térmica dos compósitos por termogravimetria
(TGA) e calorimetria diferencial de varredura (DTA);
Realizar um estudo mais detalhado da degradação biológica dos
compósitos.
68
7 CRONOGRAMA
O cronograma das atividades desenvolvidas no trabalho de conclusão de
curso é apresentado no Quadro 2.
1o SEMESTRE 2012 - TCC 1
ATIVIDADES
MARÇO ABRIL MAIO JUNHO JULHO
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Definição do Tema X X X X
Levantamento
Bibliográfico X X X X X X X X X X X X X X X
Definição dos Materiais
e Métodos X X
Desenvolvimento do
Pré-Projeto (TCC 1) X X X X
Entrega do Pré-Projeto
(TCC 1) X
1o SEMESTRE 2012 - TCC 1
ATIVIDADES AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Levantamento
Bibliográfico X X X X X X X X
Apresentação em Banca
do Pré-Projeto (TCC 1) X
Entrega da Versão final
Aprovada em Banca do
Pré-Projeto (TCC 1)
X
2º SEMESTRE 2012 - TCC 2
ATIVIDADES AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Levantamento
Bibliográfico
Experimentação
(Ensaios laboratoriais) X X X X X X
Desenvolvimento do
TCC 2 X X
Quadro 2: Cronograma das atividades desenvolvidas no TCC 1 e 2.
69
(continua)
2º SEMESTRE 2012 - TCC 2
ATIVIDADES
JANEIRO
(2013)
FEVEREIRO
(2013)
MARÇO
(2013)
ABRIL
(2013)
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Levantamento
Bibliográfico X X X X X X X
Experimentação
(Ensaios laboratoriais) X X X X X X
Desenvolvimento do
TCC 2 X X X X X X X X X
Entrega do TCC 2 X
Apresentação em Banca
do TCC 2 X X
Entrega da Versão final
do TCC 2 Aprovada em
Banca
X
Quadro 2 - Cronograma das atividades desenvolvidas no TCC 1 e 2.
Portanto, esse trabalho de conclusão de curso final (TCC 2) teve como meta
ser desenvolvido no período de seis meses a contar do inicio do mês de outubro de
2012 e meados do mês de março de 2013.
As atividades contidas no cronograma mostrado no Quadro 2 são também
divididas em etapas para descrever melhor o andamento dessas.
7.1 ETAPAS
7.1.1 1ª Etapa
Coleta das matérias-primas – bagaço de cana-de-açúcar, PLA (ácido
polilático), amido e glicerol;
Avaliação das quantidades e qualidades dos materiais coletados;
Preparação do bagaço de cana-de-açúcar;
Caracterização do bagaço de cana-de-açúcar;
70
O preparo bem como as avaliações dos materiais foram realizados nos
laboratórios de química orgânica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná,
câmpus Londrina.
Período de execução: outubro e novembro de 2012.
7.1.2 2ª Etapa
Estabelecimento das diferentes formulações a serem realizadas com
as matérias-primas;
Preparação dos compostos para atender as necessidades para a
mistura polimérica;
Extrusão dos materiais e obtenção dos compósitos poliméricos;
Caracterização das amostras dos compósitos obtidos;
Tabulação de dados.
Alguns equipamentos necessários para as experimentações acima foram
gentilmente cedidos pelo laboratório de Bioquímica da Universidade Estadual de
Londrina (UEL), formalizando uma parceria com tal faculdade e com a pesquisadora
e professora Dra. Suzana Mali de Oliveira.
Período de execução: dezembro de 2012 a março de 2013.
7.1.3 3ª Etapa
Análise estatística dos dados das amostras nas diferentes formulações;
Análise teórica dos dados de acordo com literaturas encontradas;
Formalização da melhor Formulação;
Propor aplicações para a Formulação com melhores propriedades
encontrada.
Período de execução: março de 2013.
71
REFERÊNCIAS
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72
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78
APÊNDICES
APÊNDICE A - Interação entre as Formulações ................................... 79 APÊNDICE B - Interação entre os Tempos............................................ 80
79
APÊNDICE A – Interação entre as Formulações
Source of Variation
% of total variation P value
P value summary Significant?
Interaction 21,22 < 0.0001 **** Yes
Row Factor 2,377 0,0008 *** Yes
Column Factor 63,52 < 0.0001 **** Yes
1 minuto FC vs. F1 -0,00012 -0.003916 to 0.003676 No Ns
FC vs. F2 -0,00052 -0.004316 to 0.003276 No Ns
F1 vs. F2 -0,0004 -0.004196 to 0.003396 No Ns
5 minutos FC vs. F1 0 -0.003796 to 0.003796 No Ns
FC vs. F2 -0,00024 -0.004036 to 0.003556 No Ns
F1 vs. F2 -0,00024 -0.004036 to 0.003556 No Ns
10 minutos FC vs. F1 -0,0003 -0.004096 to 0.003496 No Ns
FC vs. F2 -0,00092 -0.004716 to 0.002876 No Ns
F1 vs. F2 -0,00062 -0.004416 to 0.003176 No Ns
15 minutos FC vs. F1 -0,00022 -0.004016 to 0.003576 No Ns
FC vs. F2 -0,0006 -0.004396 to 0.003196 No Ns
F1 vs. F2 -0,00038 -0.004176 to 0.003416 No Ns
20 minutos FC vs. F1 -0,00076 -0.004556 to 0.003036 No Ns
FC vs. F2 -0,00094 -0.004736 to 0.002856 No Ns
F1 vs. F2 -0,00018 -0.003976 to 0.003616 No Ns
25 minutos FC vs. F1 -0,00018 -0.003976 to 0.003616 No ns
FC vs. F2 -0,00066 -0.004456 to 0.003136 No ns
F1 vs. F2 -0,00048 -0.004276 to 0.003316 No ns
30 minutos
FC vs. F1 -0,00348 -0.007276 to 0.0003162 No ns
FC vs. F2 0,01502 0.01122 to 0.01882 Yes ****
F1 vs. F2 0,0185 0.01470 to 0.02230 Yes ****
80
APÊNDICE B – Interação entre os Tempos
Source of Variation % of total variation P value
P value summary Significant?
Interaction 21,22 < 0.0001 **** Yes
Row Factor 2,377 0,0008 *** Yes
Column Factor 63,52 < 0.0001 **** Yes
FC
1 minuto vs. 5 minutos -0,00094 -0.005746 to 0.003866 No Ns
1 minuto vs. 10 minutos -0,00294 -0.007746 to 0.001866 No Ns
1 minuto vs. 15 minutos -0,00346 -0.008266 to 0.001346 No Ns
1 minuto vs. 20 minutos -0,00962 -0.01443 to -0.004814 Yes ****
1 minuto vs. 25 minutos -0,01092 -0.01573 to -0.006114 Yes ****
1 minuto vs. 30 minutos -0,0176 -0.02241 to -0.01279 Yes ****
5 minutos vs. 10 minutos -0,002 -0.006806 to 0.002806 No Ns
5 minutos vs. 15 minutos -0,00252 -0.007326 to 0.002286 No Ns
5 minutos vs. 20 minutos -0,00868 -0.01349 to -0.003874 Yes ****
5 minutos vs. 25 minutos -0,00998 -0.01479 to -0.005174 Yes ****
5 minutos vs. 30 minutos -0,01666 -0.02147 to -0.01185 Yes **** 10 minutos vs. 15 minutos -0,00052
-0.005326 to 0.004286 No Ns
10 minutos vs. 20 minutos -0,00668
-0.01149 to -0.001874 Yes **
10 minutos vs. 25 minutos -0,00798
-0.01279 to -0.003174 Yes ****
10 minutos vs. 30 minutos -0,01466
-0.01947 to -0.009854 Yes ****
15 minutos vs. 20 minutos -0,00616
-0.01097 to -0.001354 Yes **
15 minutos vs. 25 minutos -0,00746
-0.01227 to -0.002654 Yes ***
15 minutos vs. 30 minutos -0,01414
-0.01895 to -0.009334 Yes ****
20 minutos vs. 25 minutos -0,0013
-0.006106 to 0.003506 No Ns
20 minutos vs. 30 minutos -0,00798
-0.01279 to -0.003174 Yes ****
25 minutos vs. 30 minutos -0,00668
-0.01149 to -0.001874 Yes **
81
F1
1 minuto vs. 5 minutos -0,00082 -0.005626 to 0.003986 No Ns
1 minuto vs. 10 minutos -0,00312 -0.007926 to 0.001686 No Ns
1 minuto vs. 15 minutos -0,00356 -0.008366 to 0.001246 No Ns
1 minuto vs. 20 minutos -0,01026 -0.01507 to -0.005454 Yes ****
1 minuto vs. 25 minutos -0,01098 -0.01579 to -0.006174 Yes ****
1 minuto vs. 30 minutos -0,02096 -0.02577 to -0.01615 Yes ****
5 minutos vs. 10 minutos -0,0023 -0.007106 to 0.002506 No Ns
5 minutos vs. 15 minutos -0,00274 -0.007546 to 0.002066 No Ns
5 minutos vs. 20 minutos -0,00944 -0.01425 to -0.004634 Yes ****
5 minutos vs. 25 minutos -0,01016 -0.01497 to -0.005354 Yes ****
5 minutos vs. 30 minutos -0,02014 -0.02495 to -0.01533 Yes **** 10 minutos vs. 15 minutos -0,00044
-0.005246 to 0.004366 No Ns
10 minutos vs. 20 minutos -0,00714
-0.01195 to -0.002334 Yes ***
10 minutos vs. 25 minutos -0,00786
-0.01267 to -0.003054 Yes ****
10 minutos vs. 30 minutos -0,01784 -0.02265 to -0.01303 Yes **** 15 minutos vs. 20 minutos -0,0067
-0.01151 to -0.001894 Yes **
15 minutos vs. 25 minutos -0,00742
-0.01223 to -0.002614 Yes ***
15 minutos vs. 30 minutos -0,0174 -0.02221 to -0.01259 Yes **** 20 minutos vs. 25 minutos -0,00072
-0.005526 to 0.004086 No Ns
20 minutos vs. 30 minutos -0,0107
-0.01551 to -0.005894 Yes ****
25 minutos vs. 30 minutos -0,00998
-0.01479 to -0.005174 Yes ****
82
F2
1 minuto vs. 5 minutos -0,00066 -0.005466 to 0.004146 No Ns
1 minuto vs. 10 minutos -0,00334 -0.008146 to 0.001466 No Ns
1 minuto vs. 15 minutos -0,00354 -0.008346 to 0.001266 No Ns
1 minuto vs. 20 minutos -0,01004 -0.01485 to -0.005234 Yes ****
1 minuto vs. 25 minutos -0,01106 -0.01587 to -0.006254 Yes ****
1 minuto vs. 30 minutos -0,00206 -0.006866 to 0.002746 No Ns
5 minutos vs. 10 minutos -0,00268 -0.007486 to 0.002126 No Ns
5 minutos vs. 15 minutos -0,00288 -0.007686 to 0.001926 No Ns
5 minutos vs. 20 minutos -0,00938 -0.01419 to -0.004574 Yes ****
5 minutos vs. 25 minutos -0,0104 -0.01521 to -0.005594 Yes ****
5 minutos vs. 30 minutos -0,0014 -0.006206 to 0.003406 No Ns
10 minutos vs. 15 minutos -0,0002
-0.005006 to 0.004606 No Ns
10 minutos vs. 20 minutos -0,0067
-0.01151 to -0.001894 Yes **
10 minutos vs. 25 minutos -0,00772
-0.01253 to -0.002914 Yes ***
10 minutos vs. 30 minutos 0,00128
-0.003526 to 0.006086 No Ns
15 minutos vs. 20 minutos -0,0065
-0.01131 to -0.001694 Yes **
15 minutos vs. 25 minutos -0,00752
-0.01233 to -0.002714 Yes ***
15 minutos vs. 30 minutos 0,00148
-0.003326 to 0.006286 No Ns
20 minutos vs. 25 minutos -0,00102
-0.005826 to 0.003786 No Ns
20 minutos vs. 30 minutos 0,00798 0.003174 to 0.01279 Yes **** 25 minutos vs. 30 minutos 0,009 0.004194 to 0.01381 Yes ****
